(6.4.1)-6.4机器人电气驱动系统(一)

第六章机器人动力与驱动系统6.4电气驱动电气驱动是利用各种电动机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节，以获得要求的位置、速度和加速度。电气驱动具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低、驱动效率高等优点，应用最为广泛，电气驱动可分为步进电机驱动、直流伺服电机驱动、交流伺服电机驱动、直线电动机驱动。交流伺服电机驱动具有大的转矩质量比和转矩体积比，没有直流打击的电刷和整流子，因而可靠性高，运行时几乎不需要维护，可用在防爆场合，因此在现代机器人中广泛应用。第六章机器人动力与驱动系统6.4.1步进电动机步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电动机。由于步进电动机的步距或转速，不受电压波动和负载变化的影响，不受环境条件的限制，仅与脉冲频率同步，能按控制脉冲的要求立即启动、停止、反转或改变转速，它每一转都有固定的步数，在不丢步的情况下运行时，步距误差不会长期积累，因此，其不仅在闭环系统中作控制元件，而且在程序控制系统中作开发控制和传动元件用时能大大简化系统。步进电机有三种：永磁式PM；反应式VR；混合式HB。第六章机器人动力与驱动系统6.4.1步进电动机（1）永磁式步进电动机是一种由永磁体建立励磁磁场的步进电动机，也称永磁转子型步进电动机。其缺点是步距大，启动频率低；其优点是控制功率小，在断电情况下有定位转矩。步进电动机可以制成多相，通常有一相、两相和三相，图为永磁式步进电机运行中定子转子关系图。

当绕组中不通电时，转子中的永磁体总是试图减少磁路中的磁组，转子将趋向使磁组最小的位置，即转子中有一个齿和定子对齐。

当绕组中的各相通电时，转子将被吸引着一步步转动。转子每走一步所转过的角度称步距角。AAAABBBBDDDDCCCC第六章机器人动力与驱动系统第六章机器人动力与驱动系统6.4.1步进电动机（2）反应式步进电动机是一种定、转子磁场均由软磁材料制成，只有控制绕组，基于磁导的变化产生反应转矩的步进电动机，又称为变磁阻步进电动机。它的结构按绕组的顺序可分为径向分相和轴向分相。按铁芯分段，则有单段式和多段式。图为反应式步进电动机内部定子转子结构图。反应式步进电动机定转子结构图第六章机器人动力与驱动系统6.4.1步进电动机（3）HB混合式步进电动机其定子结构与反应式步进电机相同，而转子由环形磁钢和两段铁芯组成，其与反应式步进电机一样，可以使其具有小步距和较高的启动频率，同时又有永磁式步进电动机控制功率小的优点。其缺点是由于采用的磁钢分成两段，致使制造工艺和结构比反应式步进电动机复杂。6.4.2直流伺服电动机及其控制（1）直流电动机的特点稳定性好。可控性好。响应迅速。控制功率低，损耗小。转矩大。第六章机器人动力与驱动系统6.4.2直流伺服电动机及其控制（2）直流电动机的控制直流伺服电动机用直流供电，为调节电动机转速和分向需要对其直流电压的大小和方向进行控制。目前常用晶体管脉宽调速驱动和可控硅直流调速驱动两种方式。可控硅直流驱动，主要通过调节触发装置控制可控硅的导通角来移动触发脉冲的相位，从而改变整流电压的大小，使直流电动机电枢电压的变化易于平滑调速。由于可控硅本身的工作原理和电源的特点，导通后是利用交流（50Hz）过零来关闭的，因此在低整流电压时，其输出是很小的尖峰值的平均值，从而造成电流的不连续性。而采用脉宽调速驱动系统，其开关频率高，响应频带范围也比较宽。与可控硅相比，其输出电流脉动非常小，接近于纯直流。（3）直流伺服电机（应用减少）——电刷原理：与直流电机原理相同，输入