工业机器人技术及应用 课件 项目2.2.1 电动机驱动

项目2工业机器人的机械系统《工业机器人技术及应用》2.2工业机器人驱动方式——2.2.1电动机驱动工业机器人的机械系统2.2工业机器人驱动方式

机器人本体的结构形式机器人本体机械机构驱动装置控制系统感知系统手部（操作器）腕部臂部腰部电驱动装置液压驱动装置气压驱动装置处理器关节伺服控制器内部传感器外部传感器

基座（固定或移动）传动装置2.2.1电动机驱动电气驱动方式利用电动机直接驱动机械传动装置。能源简单、使用方便、机构速度变化范围大、机械效率高、位置精度高，噪声低。电气驱动步进电机伺服电机直流伺服电机交流伺服电机2.2.1电动机驱动安川松下三菱2.2.1电动机驱动伺服电动机是一种受输入电信号控制，并做出快速响应的电动机，其转速与控制电压成正比，转速随着转矩的增加而近似线性下降，调速范围宽，当控制电压为零时能够立即停止。直流伺服电动机是用直流供电的伺服电动机。其功能是将输入的受控电压/电流能量转换为电枢轴上的角位移或角速度输出。（1）直流伺服电动机驱动2.2.1电动机驱动结构如图2-19所示，它由定子、转子（电枢）、换向器和机壳组成。定子的作用是产生磁场，转子由铁心、线圈组成，用于产生电磁转矩；换向器由整流子、电刷组成，用于改变电枢线圈的电流方向，保证电枢在磁场作用下连续旋转。2.2.1电动机驱动PWM伺服驱动器具有调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强等特点，在工业机器人中常作为直流伺服电动机驱动器，直流伺服电动机及启动器实物图如图2-20所示。2.2.1电动机驱动（2）交流伺服电动机驱动同直流伺服电动机驱动系统相比，交流伺服电动机驱动器具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。交流伺服电动机分为两种，同步型（SM）和感应型（LM）。同步型采用永磁结构的同步电动机，又称为无刷直流伺服电动机。其特点为：无接触换向部件；需要磁极位置检测器（如编码器）；具有直流伺服电动机的全部优点。感应型指笼型感应电动机。2.2.1电动机驱动其特点为：对定子电流的激励分量和转矩分量分别控制；具有直流伺服电动机的全部优点。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛使用。交流伺服电动机及启动器实物图如图2-21所示。2.2.1电动机驱动（3）步进电动机驱动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。在负载能力的范围内，步进电动机的角位移和线位移量与脉冲数成正比，转速或线速度与脉冲频率成正比，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，误差不长期积累，步进电动机驱动系统可以在较宽的范围内，通过改变脉冲频率来调速，实现快速起动、正反转制动。2.2.1电动机驱动但由于其存在过载能力差、调速范围相对较小、低速运动有脉动、不平衡等缺点，且步进电动机驱动多为开环控制，控制简单，功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。步进电动机实物图如图2-22所示。另一种是通过改变电动机的电压来控制机器人手臂的运动速度2.2.1电动机驱动（4）电动机驱动的控制方法一种是通过改变电动机的电流来控制机器人手臂的力矩。另一种是通过改变电动机的电压来控制机器人手臂的运动速度2.2.1电动机驱动

在工业机器人中，交流伺服电动机、直流伺服电动机都采用闭环控制，常用于位置精度和速度要求高的机器人中。目前，一般负载1000N以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机和DC伺服电动机。步进电动机主要适于开环控制系统，一般用于位置和速度精度要求不高的环境。机器人关节驱动电动机的功率范围—般为0.1～10kW。机器人末端执行器(