(6.5)--动力驱动5机器人技术基础.ppt

机器人技术基础机器人技术基础机器人技术基础机器人技术基础机器人的动力驱动系统（5）机器人电气驱动系统（二）机器人技术基础机器人技术基础目 录/CONTENTS二 其他电气驱动电机介绍一 伺服电气驱动机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动 步进电动机驱动系统多用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。而电气伺服驱动（交流伺服电动机、直流伺服电动机）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。1.电气伺服驱动简介机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动1.电气伺服驱动简介 工业机器人电动伺服系统的结构一般为3个闭环控制，即电流环(转矩控制)、速度环(速度控制)和位置环(位置控制)。图图5-18 5-18 工业机器人控制的三个闭环控制工业机器人控制的三个闭环控制机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动1.电气伺服驱动简介 若给电动机加载，电动机将减速，导致反电动势变小，电枢电流变大，相应产生正的净输出力矩。负载越大，电动机的转速越低，以产生更大的力矩。为了能输出更大力矩而不降低电动机转速，必须给转子或定子增大电流，若采用软铁心，则会给二者都增加电流。在这样的情况下，虽然电动机的转速不变且反电动势也不变，但增大的电流将使有效电流增加，从而增加力矩。通过改变电流（相应的电压），可以在期望点上维持转速力矩的平衡，这样的电动机就称为伺服电动机。机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动1.电气伺服驱动简介 为实现伺服电动机的控制，可以使用多种不同类型的传感器，包括编码器、旋转变压器、电位器和转速计等。如果采用了位置传感器，如电位器和编码器等，对输出信号进行微分就可以得到速度信号。图图5-19 5-19 伺服电动机控制器的控制原理伺服电动机控制器的控制原理机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动2.直流伺服电动机 稳定性好，它具有较好的机械性，速度范围宽。可控性好。它具有线性调节的特性，能使转速正比于控制电压的大小；转向取决于控制电压的极性（或相位）；控制电压为零时，转子惯性很小，能立即停止。相应迅速。它具有较大的启动转矩和较小的转动惯量，在控制信号增加、减小或消失的瞬间，相应迅速控制功率低，损耗小。特点机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动2.直流伺服电动机控制方式 直流伺服电机的控制方式主要有两种：电枢电压控制、励磁磁场控制。其中电枢电压控制用的更为广泛。机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动2.直流伺服电动机 为调节电动机转速和方向需要对其电枢电压的大小和方向进行控制。目前常用晶体管脉宽调速（PWM）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改变整流电压的大小，但在低整流电压时，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。输出电流脉动非常小，接近于纯直流。控制方式机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动2.直流伺服电动机 直流伺服电动机其基本工作原理和普通的直流电动机没有太大的区别，只是在直流电机的基础上增加了旋转编码器等检测装置与可以调节电机速度与转矩平衡的控制装置，最终实现机器人的闭环驱动，一般直流伺服电机没有办法接电直接工作，需要有对应的驱动器来驱动电机。直流伺服电机的结构如图5-20所示。结构与使用结构与使用机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动2.直流伺服电动机结构与使用结构与使用图图5-20 5-20 直流伺服电动机及其驱动器直流伺服电动机及其驱动器机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动3.交流伺服电动机 交流伺服电机是在交流电机的基础上发展起来的，由于结构简单，维护方便，且不需要专门的电源整流转换，因此受到越来越多的重视，特别在重大工业场合。它可以分为同步型和异步型两种。机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动3.交流伺服电动机与直流伺服电机的区别1所用电源不同2结构不同，维修成本不同3控制方式不同4性能不同，直流稳定性高于交流机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动3.交流伺服电动机交流伺服电机的优点1.无电刷和换向器，工作可靠，保养要求低;2.定子绕组散热比较方便。3.惯量小，易于提高系统的快速性。4.适应于高速大力矩工作状态。机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动3.交流伺服电动机交流伺服电机的缺点机器人技术基础机器人技术基础一、电气伺服驱动3.交流伺服电动机交流伺服电机的结构与驱动器 交流伺服电机主要由交流电机和编码器构成，它也需要有专门的驱动器来对电机进行参数配置和调试，其外形如图5-21所示。图图5-21 5-21 交流伺服电动机及其驱动器交流伺服电动机及其驱动器机器人技术基础机器人技术基础二、其他的电气驱动电机 舵机原是从船舶控制舵的一个大型机械，根据它的工作原理，人们研制出了一种电机，如图5-22所示，它一般在某些角度范围（比如0-180）转动，由于其结构简单，控制方便，易于实现闭环控制，因此，越来越多地被运用到机器人的关节驱动当中，特别是手臂手腕等关节。如图5-23所示为一舵机驱动关节的小型机器人。1.舵机图图5-22 5-22 舵机外形图舵机外形图机器人技术基础机器人技术基础二、其他的电气驱动电机1.舵机图图5-23 5-23 舵机机器人舵机机器人机器人技术基础机器人技术基础二、其他的电气驱动电机2.直线电机 工作原理:直线电机是一种通过将封闭式磁场展开为开放式磁场，将电能直接转化为直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。结构:直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。其结构示意如图5-24.机器人技术基础机器人技术基础二、其他的电气驱动电机2.直线电机图图5-24 5-24 直线电机的原理直线电机的原理机器人技术基础机器人技术基础THE ENDTHANKS