工业机器人机械装调与电气控制 习题及答案 ch05 工业机器人电气系统的装配与调试

单元5工业机器人电气系统的装配与调试简答题

1.机器人控制系统电气元件主要有哪些?

断路器、接触器、中间继电器、热继电器、按钮、指示灯、万能转换开关和行程开关是电气控制回路中最常见的八种元件.

2.常见电气元件的安装方式主要有哪些?分别有什么特点?

电子元件有如下几种插入方式:卧式、立式、横装式、嵌入式、倒装式。

它们的各自特点如下:

1)卧式插装是将元器件贴近印制电路板水平插装,具有稳定性好,比较牢固等优点,适用于印制板结构比较宽裕或装配高度受到一定限制的情况。

2)立式插装又称垂直插装是将元器件垂直插入印制电路基板安装孔,具有插装密度大,占用印制电路板的面积小,拆卸方便等优点,多用于小型印制板插装元器件较多的情况。

3)横装式插装是先将元器件垂直插入,然后再沿水平方向弯曲,对于大型元器件要采用胶粘、捆扎等措施以保证有足够的机械强度,适用于在元器件插装中对组件。

4)嵌入式插装是将元器件的壳体埋于印制电路板的嵌入孔内,为提高元器件安装的可靠性,常在元件与嵌入孔间涂上胶粘剂,该方式可提高元器件的防震能力,降低插装高度。

5)倒装式现已较少使用。3.空气断路器和交流接触器各有什么作用?

一，功能不同。空气开关具有过载、短路和欠压保护功能，它能承受较大的负荷及更大的短路电流，并有自动断路功能。一般应用于：电力线路、用电设备的接通、断开与自动保护。交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。

主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。二，结构不同。空气开关一般有专用的灭弧室和脱扣机构。有些还有专门的操作机构。交流接触器一般没有专用的灭弧室和脱扣机构。三，外观不同。交流接触器有专用的辅助接点和磁力线圈。空气开关没有。交流接触器和空气开关区别交流接触器是控制元件，空气开关是保护元件。在电气中起着不同的作用。交流接触器，是由磁力系统在控制电流作用下吸合，释放。空气开关具有，过载，欠压，缺相，短路，漏电等的保护功能。在电气回路中它们加上热继电器，按钮，指示灯，等辅件。就是一个控制系统。交流接触器和空气开关区别交流接触器不等于空气开关，它们两个是相同功能少不同功能多的电气元器件。相同功能是：都可用来接通和切断负载电源。不同功能是：空开有短路、过载、过流保护功能，而接触器没有，需要其他器件协助。操作不同：小容量空开是通常手动操作，实现接通与分断及故障自动分断。而接触器是其线圈通/断电，产生/失去磁场→产生/失去磁力，使接触器吸合/分断的。4.简述控制柜线路的安装步骤。

1.掌握线路工作原理的前提下，绘制出电气安装接线图。2.检查电气元件的质量。检查电气元件外观是否完好、各接线端子及紧固件是否齐全、操作机构和复位机构的功能是否灵活、绝缘电阻是否达标等。3.底板选料与剪裁。底板可选择2.5~5mm厚的钢板或5mm厚的层压板等，按电气元件的数量和大小、摆放位置和安装接线图确定板面的尺寸。4.电气元件的定位。按电气产品说明书的安装尺寸，在底板上确定元件安装孔的位置并固定钻孔中心。选择合适的钻头对准钻孔中心进行冲眼。在此过程中，钻孔中心应保持不变。5.电气元件的固定。用螺栓加以适当的垫圈，将电气元件按各自的位置在底板上进行固定。

5.思考各元件的安装距离要求及布线要求。

1、前提：所有元器件应按制造厂规定的安装条件进行安装。

适用条件：需要的灭弧距离。拆卸灭弧栅需要的空间等，对于手动开关的安装，必须保证开关的电弧对操作者不产生危险。2、组装前首先看明图纸及技术要求。3、检查产品型号、元器件型号、规格、数量等与图纸是否相符。4、检查元器件有无损坏。5、必须按图安装

(如果有图）。6、元器件组装顺序应从板前视，由左至右，由上至下。同一型号产品应保证组装一致性。8、面板、门板上的元件中心线的高度应符合规定。9、组装所用紧固件及金属零部件均应有防护层，对螺钉过孔、边缘及表面的毛刺、尖锋应打磨平整后再涂敷导电膏。10、对于螺栓的紧固应选择适当的工具，不得破坏紧固件的防护层，并注意相应的扭距。11、主回路上面的元器件，一般电抗器，变压器需要接地，断路器不需要接地，下图中为电抗器接地。组装产品应符合以下条件：操作方便。元器件在操作时，不应受到空间的防碍，不应有触及带电体的可能。维修容易。能够较方便地更换元器件及维修连线。各种电气元件和装置的电气间隙、爬电距离应符合相关标准规定。保证一、二次线的安装距离。6.思考机器人各关节的运动方向及运动范围。

六轴工业机器人的六个轴，每个轴都是一个电机配备减速机来传动，各个轴的运动方式和方向都不同，每个轴其实是模拟人手的各个关节的动作。一轴：一轴是连接底座的部位，主要是承载上面轴的重量与底座的左右旋转。二轴：控制机器人主臂的前后摆动、整个主臂上下运动的功能。三轴：三轴同样是控制机器人前后摆动功能，只是比第二轴的摆臂范围小。四轴：四轴是控制工业机器人上面的圆形管的部分可自由旋转的部位，活动范围相当于人的小臂，不过不是360°旋转，里面有电线，跟人小臂的旋转范围相同。五轴：第五轴控制微调的上下翻转动作，通常是当产品抓取后可以使产品翻转的动作。六轴：第六轴就是末端法兰，可以360°旋转。

7.本单元任务二中机器人所用伺服电机打开刹车所需电压及电流分别是多少?

DC24V电源驱动；

电机绝对值式编码器外接DC3.6V电源。8.查找相关资料，了解各种编码器的类型，思考机器人伺服电机编码器为什么需要提供外部电池供电。

工业机器人编码器的定义是指监控位置.角度和速度的传感器分为旋转编码器和线性编码器。旋转编码器分为增量编码器和绝对值编码器（线性编码器分为拉线传感器和非接触式线性传感器），编码器编制信号（如比特流）或数据.转换为可用通信.传输和存储信号形式的设备。编码器将角位移或直线位移转换为电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。工业机器人编码器分类：根据读取方法，编码器可分为接触式和非接触式；根据工作原理，编码器可分为增量式和绝对式。增量编码器将位移转换为周期性电信号，然后将电信号转换为计数脉冲，用脉冲数表示位移大小。绝对编码器的每个位置对应一个确定的数字码，因此其示值仅与测量的开始和结束有关，而与测量的中间过程无关。工业机器人编码器的分类根据检测原理，编码器可分为光学式.磁式.根据其刻度法和信号输出形式，感应式和电容式可分为增量式.三种绝对式和混合式。1.增量编码器：增量编码器可以生成位置.角度和转数等信息。每个转刻线的数量决定了编码器每个转向控制装置传输的脉冲数。控制装置从参考点计算脉冲数，以确定当前位置。启动后，该编码器需要操作参考点，以返回参考点，以确定编码器的实际位置。增量编码器直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A.B和Z相；A.B两组脉冲相位差为90度，便于判断旋转方向，而Z相是每旋转一个脉冲，用于基准点定位。其优点是原理结构简单，机械平均寿命可达数万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适用于长途传输。其缺点是无法输出轴旋转的绝对位置信息。2.绝对编码器：可生成位置.角度、转数等信息，并计算指定类型的步距。因此，每个步距角都分配了独特的码型。每个转弯可用的码型数量决定了分辨率。每个码型可以形成唯一的参考点，提供绝对的位置信息。因此，启动后，无需参考点即可测量此类编码器。单圈编码器测量一个圈内的绝对位置。多圈编码器不仅可以测量一个圈内的位置，还可以提供转弯数量。绝对编码器是一种直接输出数字的传感器。它的圆形码盘上沿径向有几个同心码盘。每条道路由透光和不透光的风扇区组成。相邻码道的风扇树木是双重关系。码盘上的码道数是其二进制数字的位数。盘的一侧是光源，另一侧对应的每个码道都有一个光敏元件。当盘处于不同位置时，每个光敏元件根据光是否转换相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不需要计数器。您可以在转轴的任何位置阅读固定的对应位置的数字代码。显然，必须有N条路吗？目前，中国有16种绝对编码器产品。3、混合式绝对编码器：混合绝对编码器输出两组信息，一组用于检测具有绝对信息功能的磁极位置；另一组与增量编码器完全相同。

机器人伺服电机编码器为什么需要提供外部电池供电：

伺服电机通常需要配备电池，主要是为了保持编码器的位置信息和参数设置等数据。编码器是伺服电机控制系统中的重要组成部分，用于检测电机转子的位置和速度等信息，并将这些信息反馈给控制器进行运动控制。如果在电机停止工作或断电后，编码器的位置信息丢失，那么下次启动时就需要重新进行位置校准和参数设置，从而影响电机的性能和精度。为了避免这种情况的发生，伺服电机通常会配备电池来供电，以保持编码器的位置信息和参数设置等数据。当电机停止工作或断电时，电池会继续为编码器供电，以保持其内部的存储器和电路等部件正常工作。当电机再次启动时，编码器可以快速恢复之前的位置信息和参数设置，从而实现高精度的运动控制。需要注意的是，伺服电机配备的电池类型和容量等参数需要根据具体的应用场景和要求来选择，以确保电池能够满足长时间的供电需求，并且不会对电机的性能和可靠性产生负面影响。

9.简述伺服电机的工作原理。

伺服电机驱动器的工作原理伺服驱动器又称为“伺服控制器”“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。同服进给系统的要求：1、调速范围宽；2、定位精度高；3、有足够的传动刚性和高的速度稳定性；4、快速响应，无超调；为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高