机器人驱动方法

1、第三章 驱动方法液压驱动气压驱动直流电动机驱动步进电动机驱动其他驱动形式第一节液液压驱驱动把油压泵泵产生的的工作油油的压力力能转转变成机机械能的的装置称称为液压压执行器器。在驱驱动液压压执行器器时，作作为外围围设备，包括：(1)形形成液压压的液压压泵；(2)供供给工作作油的导导管；(3)控控制工作作油流动动的液压压控制阀阀；(4)控控制控制制阀的控控制回路路，根据液压压执行器器输出量量的形式式的不同同，大致致可以把把它们区区分为作作直线运运动的油油压缸和和作旋转转运动的的油压马马达。第一节液液压压驱动功率重量比比高，低低速时输输出力大大（无论论直线驱驱动还是是旋转驱驱动）, 适合合微处理理器及

2、电电子控制制，可用用于极端端恶劣的的外部环环境。液压系统统中存在在不可避避免的泄泄漏、噪噪声和低低速不稳稳定等问问题，以以及功率率单元非非常笨重重和昂贵贵。现在大部部分机器器人是电电动的，当然仍仍有许多多工业机机器人带带有液压压驱动器器。此外外，对于于一些需需要巨大大型机器器人和民民用服务务机器人人的特殊殊应用场场合，液液压驱动动器仍可可能是合合适的选选择。一、液压压缸二、液压压马达齿轮马达达二、液压压马达叶片型马马达二、液压压马达柱塞式马马达三、电液液伺服阀阀阀芯位移移等于挡挡板位移移，它与与输入电电流成正正比。当当供油压压力和负负载压力力一定时时，输出出的负载载流量与与阀芯位位移成正正比。

3、四、液压压伺服马马达当供油口口处于关关闭状态态，阀芯芯向右移移动(x0)时供油油压力ps经过节流流口从左左通道流流到驱动动器活塞塞左侧并并以压力力p1使载荷向向右(y0)移动。相反，阀阀芯向左左移动(x0)时压压力p2的液压油油供到活活塞右侧侧使负载载向左(y0)移动动。第二节气气压压驱动气压驱动动器在原原理上与与液压驱驱动器相相同；由于气动动装置的的工作压压强低，和液压压系统相相比，功功率重量比比低得多多；由于空气气的可压压缩性，在负载载作用下下会压缩缩和变形形，控制制气缸的的精确位位置很难难。因此此气动装装置通常常仅用于于插入操操作或1/2自自由度关关节上；结构简单单，安全全可靠，价格便便

4、宜；液压驱动动与气压压驱动之之对比液压驱动动适于搬运运较重的的物体不适于高高速移动动适于确定定高精度度位置气压驱动动适于搬运运较轻的的物体适于高速速移动不适于确确定高精精度位置置第三节电电气气驱动利用各种种电动机机产生的的力或力力矩，直直接或经经过减速速机构去去驱动机机器人的的关节，以获得得所要求求的位置置、速度度和加速速度；无环境污污染、易易于控制制、运动动精度高高、成本本低、驱驱动效率率高；一般负载载1000N（相当100kgf）以下的的工业机机器人大大多采用用电伺服服驱动系系统。机器人对对关节驱驱动电机机的主要要要求1）快速性性。电动动机从获获得指令令信号到到完成指指令所要要求的工工作状

5、态态的时间间应短。响应指指令信号号的时间间愈短，电伺服服系统的的灵敏性性愈高，快速响响应性能能愈好。2）起动转转矩惯量量比大。在驱动动负载的的情况下下，要求求机器人人的伺服服电动机机的起动动转矩大大，转动动惯量小小。3）控制特特性的连连续性和和直线性性。随着着控制信信号的变变化，电电动机的的转速能能连续变变化，有有时还需需转速与与控制信信号成正正比或近近似成正正比。4）调速范范围宽。能使用用于1：100010000的调速范范围。5）体积小小、质量量小、轴轴向尺寸寸短。6）能经受受得起苛苛刻的运运行条件件，可进进行十分分频繁的的正反向向和加减减速运行行，并能能在短时时间内承承受过载载。工业机器器

6、人驱动动系统中中所用电电动机1）步进电电动机：多适用用于对精精度、速速度要求求不高的的小型简简易机器器人开环环系统中中 。2）交流伺伺服电动动机3）直流伺伺服电动动机交流伺服服电动机机、直流流伺服电电动机均均采用位位置闭环环控制，一般应应用于高高精度、高速度度的机器器人驱动动系统中中。交流伺服服电动机机由于采采用电子子换向，无换向向火花，在易燃燃易爆环环境中得得到了广广泛的使使用。驱动系统统中所用用传感器器速度传感感器多采采用测速速发电机机和旋转转变压器器；位置置传感器器多用光光电码盘盘和旋转转变压器器。近年年来，国国外机器器人制造造厂家已已经在使使用一种种集光电电码盘及及旋转变变压器功功能为

7、一一体的混混合式光光电位置置传感器器，伺服服电动机机可与位位置及速速度检测测器、制制动器、减速机机构组成成伺服电电动机驱驱动单元元。3.1直直流伺服服电动机机及其驱驱动组成：一一般直流流电动机机和位置置反馈、速度反反馈形成成的整体体；优点：启启动转矩矩大、体体积小、重量轻轻、转速速易控制制、效率率高；缺点：有有电刷和和换向器器，需要要定期维维修、更更换电刷刷，使用用寿命短短，噪声声大；小惯量直直流伺服服电动机机大惯量宽宽调速直直流电动动机一、伺服服电机的的选择直流伺服服电动机机驱动二、总传传动比的的选择直流伺服服电动机机驱动“电”与与“机”的匹配配问题三、直流流伺服电电机的驱驱动直流伺服服电机

8、的的机械特特性控制电压压电机结构构常数每极磁通电枢回路路电阻负载转矩矩转速电机转速速的控制制：“调压调调速”（）“调磁调调速”三、直流流伺服电电机的驱驱动直流伺服服电机常常采用PWM方方式驱动动。它利利用大功功率晶体体管的开开关作用用，将恒恒定的直直流电源源电压斩斩成一定定频率的的方波电电压，并并加在直直流电动动机的电电枢上，通过对对方波脉脉冲宽度度的控制制，改变变电枢的的平均电电压来控控制电动动机的转转速。PWM伺服驱动动器具有有调速范范围宽、低速特特性好、响应快快、效率率高、过过载能力力强等特特点，在在工业机机器人中中常作为为直流伺伺服电动动机驱动动器。速度伺服服驱动器器的构成成来自微机机

9、控制指令令电压测速度代表实际际转速位置伺服驱动器测转角位置电压控制信号3.2同同步步式交流流伺服电电动机驱驱动器同直流伺伺服电动动机驱动动系统相相比，同同步式交交流伺服服电动机机驱动器器具有转转矩转动动惯量比比高、无无电刷及及换向火火花等优优点，在在工业机机器人中中得到广广泛应用用。同步式交交流伺服服电动机机驱动器器通常采采用电流流型脉宽宽调制（PWM）相逆变变器和具具有电流流环为内内环、速速度环为为外环的的多闭环环控制系系统，以以实现对对三相永永磁同步步伺服电电动机的的电流控控制。1）矩形波波电流驱驱动的永永磁交流流伺服系系统。2）正弦波波电流驱驱动的永永磁交流流伺服系系统。3.3步步进电动

10、动机驱动动电脉冲信信号相相应的的角位移移；输出角与与脉冲严严格成比比例，且且在时间间上同步步；转速取决决于脉冲冲信号的的频率；容易实现现正、反反转和启启、停控控制；输出转角角的精度度高，无无累积误误差；直接用数数字信号号控制，与计算算机接口口方便；能提供较较大的低低速转矩矩，可直直接驱动动机器人人关节而而无需减减速装置置。一、步进进电机的的工作原原理当绕组中中不通电电时，转转子中的的永磁体体总是试试图减少少磁路中中的磁组组，转子子将趋向向使磁组组最小的的位置，即转子子中有一一个齿和和定子对对齐。当绕组中中的各相相通电时时，转子子将被吸吸引着一一步步转转动。转转子每每走一步步所转过过的角度度称步

11、距距角。AAAABBBBDDDDCCCC二、步进进电机的的脉冲分分配把指令脉脉冲按一一定规律律分成几几路电平平信号去去控制步步进电机机的几个个定子绕绕组。（1）环环形分配配器（2）软软件分配配法步进电机机驱动系系统组成成三、步进进电机的的驱动线线路加速电容容改善电流流波形前前沿泄放二极极管3.4直直接驱动动所谓直接接驱动（DD）系统，就是电电动机与与其所驱驱动的负负载直接接耦合在在一起，中间不不存在任任何减速速机构。同传统的的电动机机伺服驱驱动相比比，DD驱动减少少了减速速机构，从而减减少了系系统传动动过程中中减速机机构所产产生的间间隙和松松动，极极大地提提高了机机器人的的精度，同时也也减少了

12、了由于减减速机构构的摩擦擦及传送送转矩脉脉动所造造成的机机器人控控制精度度降低。而DD驱动由于于具有上上述优点点，所以以机械刚刚性好，可以高高速高精精度动作作，且具具有部件件少、结结构简单单、容易易维修、可靠性性高等特特点，在在高精度度、高速速工业机机器人应应用中越越来越引引起人们们的重视视。第五节其其他他驱动器器超声波电电机超声波电电机与传传统的电电磁式电电机不同同，它是是利用压压电陶瓷瓷的逆压压电效应应，将超超声振动动作为动动力源的的一种新新型电机机，它由由振动部部分和移移动部分分所组成成，靠振振动部分分和移动动部分之之间的摩摩擦力来来驱动。USM已已应用于于以下科科学和工工业领域域：第五节其其他他驱动器器压电执行行器（电电致伸缩缩效应）罗歇尔盐盐（四水水合酒石石酸钾钠钠）钛酸钡压电陶瓷瓷蠕动机构构第五节其其他他驱动器器磁致伸缩缩驱动器器当一片称称做Terfenol-D的的材料料放在磁磁铁附近近时，这这种特殊殊的稀土土金属材材料将产产生微小小的形变变，这种种现象称称做磁致致伸缩效效应。为为使这种种驱动器器工作，要将被被磁性线线圈覆盖盖的磁致致伸缩小小棒的两两端固定定在两个个架子上上。当磁磁场改变变时，会会导致小小棒收缩缩或伸展展，这样样其中一一个架