工业机器人的驱动方式

工业机器人的驱动方式

一、驱动装置的分类机器人驱动分为液压、气动和电动三种形式。1．液压驱动：

分类：

从运动形式来分分为直线驱动如直线运动液压缸和旋转驱动如液压马达、摆动液压缸。

从控制分为开环控制液压系统和闭环控制液压系统。适用范围：

液压系统具有较大的功率体积比，适合于大负载的情形。

液压驱动的本质优点在于它的安全性。如喷漆时要求工作区域所带电压不超过9V。

莫托曼机器人搬运喷涂机器人2．气压驱动：

分类：直线气缸，摆动汽缸及旋转气动马达。适用范围：

适合于节拍快、负载小且精度要求不高的场合（因为空气具有可压缩性）。3．电机驱动：

分类：

按照电机的工作原理不同分为步进电机、直流伺服电机、无刷电机等。按照控制水平的高低来分分为开环控制系统和闭环控制系统。适用范围：适合于中等负载，特别适合于动作复杂、运动轨迹严格的各类机器人。二、对驱动装置的要求驱动装置的质量尽可能要轻。单位质量的输出功率要高，效率高。反应速度要快。要求力质量比和力矩转动惯量比要大。

动作平滑，不产生冲击。控制灵活，位移偏差和速度偏差小。安全可靠。

操作维修方便等。三、液压驱动装置

1．实现现直线线运动动的液液压缸缸：主要构构成：主要由由活塞塞、活活塞杆杆、缸缸体、、缸盖盖、密密封圈圈、进进出油油口等等构成成。工作原原理：：单活塞塞杆液液压缸缸结构构图：：主要构构成：：1、18—缸盖11—活塞12—活塞杆杆3—进、出出油口口7、8、9、15、16—密封圈圈数字液液压缸缸数字液液压缸缸原理理1.1、适合合多参参数多多系统统协同同工作作。1.2、高分分辨率率运动动控制制精度度。可可实现现大型型机械械装备备微米米级的的运动动控制制，且且响应应迅速速1.3、无损失远程控制执行。可可通过网络等远程进行系系统的操控。。1.4、运动特性完完全数字化。。速度、行程程与电脉冲有有直接的对应应关系，2、优秀的生存存力2.1、高电磁兼容性、高抗干扰。。由于传输采采用数字脉冲冲功率信号可可控性好。、低电磁辐射射。2.2、抗大加速度度冲击振动。。由于数字液液压器件不采采用线性电磁磁铁作为控制制核心，因此此抗冲击和震震动能力大大大提高。2.3、高抗污染。。对液压油的的过滤精度没没有严格要求求，甚至液压压油受到污染染，同样不会会造成系统的的精度降低，，更不会造成成严重的误动动作甚至是事事故。2.4、宽范围的工工作介质。无无论采用矿物油还是水基乳化液等都可以很好好工作。2.5、容易实现防防爆。2.6、快速实现自自动和手动的的转换控制。。可以随时通通过简单和轻轻便的方式实实现人工控制制，即便是超超大载荷，依依然可以单手手指操控，避避免装备失控控。3、简单的设计计、使用及维维护性。技术特点2．实现回转运运动的液压马马达：液压马达是将将液压能转换换为机械能的的装置。从构构成来看，液液压马达分为为齿轮式、叶片式以及轴向柱塞塞式。叶片式液压马马达工作原理理图：工作流程：压力油进入油油腔a—作用在叶片2的右侧、叶片片1的左侧—叶片2伸出面积大—推力大—推动叶片顺时时针旋转—转至b腔回油—带动中心轴回回转—液压能转变为为机械能。主要构成：缸体定子子转子叶叶片输出轴进进油口出出油口进进油腔a回油腔b叶片式液压马马达结构图：：6—定子7—转子8—叶片数字液压马达达3．闭环伺服控控制系统（1）：工作原理：通常用运算放放大器做成的的伺服放大器向液压伺服系系统中的电液液伺服阀提供供一个电信号号。由电信号号控制先导阀阀再控制一级级或两级液压压放大器，产产生足够的动动力去驱动机机器人的机械械部件。闭环伺服系统统图例（1））：液压伺服系统统原理图闭环伺服系统统图例（2））：用伺服阀控制制液压缸简化化原理图3．闭环伺服控控制系统（2）：核心液压元件件：在闭环伺服控控制系统中，，核心液压元元件是电液伺服阀。作用及特点：：电液伺服阀是是一种接受电电气模拟信号，输出相应调制流量和压压力的液压控制阀阀。分类：电液伺服阀的的种类繁多。。按液压放大大器的级数可可分为单级、、两级和三级级；按第一级级液压放大器器的结构分，，有滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀等等。其中以双双喷嘴挡板阀阀为最常用。。3．闭环伺服控控制系统（3）：喷嘴挡板阀：：结构：主要由三部分分构成：力矩马达、前置级及功率率级。前置级接受受力矩马达的的控制信号，，通过改变喷喷嘴的大小改改变油的流量量控制功率阀阀；功率阀接接受前置级的的流量信号控控制并相应动动作控制机器器人某关节动动作。特点：能够按照控制制要求动作。。工作原理：挡板4处于控控制喷嘴5中中间位置→工作阀芯7不不动作→力矩马达1通通电→挡板4移动→改变喷嘴5口口径大小→工作阀芯7两两端产生压差差→阀芯移动喷嘴挡板阀结结构示意图：：力矩马达前置阀功率阀喷嘴挡板阀结结构示意图：：四、电机驱动动装置的工作作原理1．步进电机：：概述：步进电机是一一种电脉冲信信号转换成机机械角位移的的机电执行元元件。当有脉脉冲信号输入入时，步进电电机就一步一一步的转动，，每个输入脉脉冲对应电机机的一个固定定转角，故称称为步进电机机。步进电机机属于同步电电机，多数情情况用做伺服服电机，且控控制简单，工工作可靠，能能够得到较高高的精度。它它是唯一能够够以开环结构构用于数控机机床的伺服电电动机。步进电机按其其励磁相数可可分为三相、、四相、五相相、六相等；；按其工作原原理可分为反反应式、永磁磁式合混合式式三大类。步进电机的基基本特点：步进电机受点点脉冲信号的的控制。每输输入以各脉冲冲信号，就变变换以磁绕组组的通电状态态，电机就相相应的转动以以步，因此电电机的总回转转角合输入脉脉冲个数严格格成正比关系系，电机的转转速则正比于于脉冲的输入入频率。改变变步进电机的的定子绕组的的通电顺序，，可以获得所所需要的转向向。改变输入入脉冲频率，，则可以得到到所需要的转转速（但是不不能够超出极极限频率）。。当步进电机脉脉冲输入停止止时，只要维维持绕组的激激励电流不变变，电机保持持在原固定位位置上，因此此可以获得较较高的定位精精度，不需要要安装机械制制动装置从而而达到精确制制动。误差不长期积积累，转角精精度高。由于于每转过360°后，转子的累累积误差为零零，转角精度度较高。反映时间快。。缺点：效率低低、没有过载载能力。步进电机工作作原理图（1）：A相通电B相通电C相通电定子转子15°15°步进电机驱动动（steppingmotor）步进电机驱动动系统主要用用于开环位置置控制系统。。优点：控制制较容易，维维修也较方便便，而且控制制为全数字化化。缺点：由由于开环控制制，所以精度度不高。相数：产生不同N、S对磁场的激磁磁线圈对数。。2.相关术术语失步：电机运转时运运转的步数，，不等于理论论上的步数。。拍数：完成一个磁场场周期性变化化所需脉冲数数或导电状态态。四相四拍拍运行方式：：AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运运行方式：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲冲信号，电机机转子转过的的角位移用θ表示。一般步步进电机的精精度为步距角角的3-5%，且不累积。。保持转距（HOLDINGTORQUE）或静转矩是指电机各相相绕组通额定定电流，且处处于静态锁定定状态时，电电机所能输出出的最大转距距。是电机选选型时最重要要的参数之一一。通常步进进电机在低速速时的力矩接接近保持转矩矩。比如，当当说2Nm的步进电机时时，在没有特特殊说明的情情况下一般是是指保持转矩矩为2Nm的步进电机。。定位转矩是指电机各相相绕组不通电电且处于开路路状态时，由由于混合式电电机转子上有有永磁材料产产生磁场，从从而产生的转转矩。一般定定位转矩远小小于保持转距距。是否存在在定位转距是是混合式步进进电机区别于于反应式步进进电机的重要要标志。DETENTTORQUE在国内内没有有统一一的翻翻译。。细分驱驱动器器的原原理驱动器器细分分后的的主要要优点点：（1））完全全消除除了电电机的的低频频振荡荡。（2））同时时也提提高了了电机机的输输出转转矩。。（3））提高高了电电机的的分辨辨率。。通过改改变相相邻（（A，B）电流流的大大小，，以改改变合合成磁磁场的的夹角角来控控制步步进电电机运运转的的。3.运运行行矩频频特性性4.步步进进电机机驱动动的特特点控制系系统简简单可可靠，，成本本低；；控制制精度度受步步距角角限制制，高高负载载或高高速度度时易易失步步，低低速运运行时时会产产生步步进运运行现现象。。起动曲线运行曲线在这个个输出出转矩矩区间间，步步进电电机启启动时时的输输入脉脉冲频频率必必须缓缓慢增增加1、实现了了位置置，速速度和和力矩矩的闭闭环控控制；；克服服了步步进电电机失失步的的问题题；2、高速性性能好好，一一般额额定转转速能能达到到2000～3000转；3、抗过载载能力力强，，能承承受三三倍于于额定定转矩矩的负负载，，对有有瞬间间负载载波动动和要要求快快速起起动的的场合合特别别适用用；4、低速运运行平平稳，，低速速运行行时不不会产产生类类似于于步进进电机机的步步进运运行现现象。。适用用于有有高速速响应应要求求的场场合；；5、电机加加减速速的动动态相相响应应间短短，一一般在在几十十毫秒秒之内内；6、发热和和噪音音明显显降低低。伺服电电机与与步进进电机机比较较伺服电电机的的优势势：超声波波电机机（一种种未来来很有有希望望的电电机））特点：：超声波波电机机具有有体积积小，，重量量轻，，不用用制动动器，，速度度和位位置控控制灵灵敏度度高，，转子子惯性性小，，响应应性能能好，，没有有电磁磁噪声声等普普通电电机不不具备备的优优点。。工作原原理：：当给压压电陶陶瓷施施加一一定方方向的的电压压时，，各部部分产产生的的应变变方向向相反反（在在正电电压作作用下下，+的部部分伸伸长，，-的的部分分压缩缩），，+、、-部部分交交替相相接。。在交交流电电压的的作用用下，，压电电陶瓷瓷就会会沿圆圆周方方向产产生交交替的的伸缩缩变形形，定定子弹弹性体体的上上下运运动产产生驻驻波。。此外外，由由于重重叠在在一起起的两两片压压电陶陶瓷的的相位位差为为90O，所以以，在在形成成驻波波的同同时也也会在在水平平方向向形成成行波波。这这样，，在驻驻波和和行波波的合合成波波的作作用下下，使使定子子作椭椭圆运运动轨轨迹的的振动动。这这样，，装在在定子子上的的转子子在摩摩擦力力的作作用下下就会会产生生旋转转。同样也也有直直线运运动的的超声声波电电机。。直接驱驱动电电机（（directdrive:DD）优点：：不用齿齿轮减减速器器直接接驱动动，因因此具具有无无间隙隙、摩摩擦小小、机机械刚刚度高高等优优点，，可以以实现现高速速、高高精度度的位位置控控制和和微小小力控控制。。这是什什么？？种类：：直流力力矩电电机、、无刷刷直流流电机机、VR式电机机等。。缺点：：因为没没有减减速机机构，，所以以容易易受载载荷的的影响响。驱动滚滚轴丝丝杆如下图图，3相步进进电机机（1.2°/步）驱驱动物物体运运动1秒钟，，则必必要脉脉冲数数和驱驱动脉脉冲速速度的的计算算方法法如下下：必要脉冲数＝10×360°1.2°＝3000[脉冲]自启动动方式式驱动动1秒钟，，则驱驱动脉脉冲速速度应应该这这样计计算：：3000[Pulse]/1[sec]=3[kHz]但是，，启动动速度度不可可能是是3kHz，应该该采用用加/减速运运行方方式来来驱动动。设：加加/减速时时间设设置为为定位位时间间的25%，启动动脉冲冲速度度为500[Hz]，则如上图图，3相步进进电机机（1.2°/步）驱驱动物物体运运动1秒钟。。驱动动轮的的周长长即旋旋转一一圈移移动的的距离离大约约为50[mm]。因此，，所需需要的的必要要脉冲冲数为为1.2驱