机器人伺服驱动.
机器人视觉伺服系统
机器人视觉伺服系统主要由图像采集设备、图像处理单元、目标识别与定位模块 、伺服控制器和机器人执行机构等部分组成。
02
视觉伺服系统的关键技术
图像获取
相机选择
根据应用需求选择合适的相机类 型，如CCD或CMOS，以及相应 的分辨率。
照明条件
确保足够的照明以获得清晰、对 比度高的图像，并考虑使用红外 或紫外光谱的特殊照明。
图像处理
预处理
包括噪声去除、对比度增强和图像缩放等，以提高图像质量 。
特征提取
利用算法检测和提取图像中的关键特征，如边缘、角点或纹 理。
目标识别与跟踪
目标检测
利用模式识别和机器学习技术检测图像中的目标物体。
目标跟踪
连续帧间跟踪目标，处理目标运动、遮挡等问题。
姿态估计与控制
姿态估计
通过分析图像特征和相机参数，计算 机器人与目标之间的相对姿态。
拓展应用领域
将机器人视觉伺服系统应用到更多领域，如 医疗、农业、工业等。
未来趋势
深度学习技术
利用深度学习技术提高机器人视觉伺 服系统的识别和分类能力。
多模态融合
将图像信息与其他传感器信息融合， 提高机器人视觉伺服系统的感知能力 。
强化学习
利用强化学习技术训练机器人视觉伺 服系统，使其能够自主适应不同环境 和任务。
特点
具有高精度、高速度和高可靠性的特 点，能够实现快速、准确的视觉伺服 控制，提高机器人作业的自动化和智 能化水平。
工作原理
工作流程
图像采集
机器人视觉伺服系统的工作流程主要包括 图像采集、图像处理、目标识别与定位、 伺服控制等步骤。
通过相机等图像采集设备获取目标物体的 图像。
图像处理
工业机器人交流伺服驱动控制系统硬件的设计
工业机器人交流伺服驱动控制系统硬件的设计由E讯网提供摘要：从二十世纪七十年代起至今，我国的工业机器人数量已经比较庞大，在机器人的某些技术方面也达到了世界先进水平，但总体来说，西方发达国家的工业机器人技术仍领先我国很多年。
究其原因不难发现：我国研究工业机器人采取的方法主要是首先引进外国的先进技术，然后再对其进行二次开发，这就造成了我国自身创新技术比较少，严重制约了我国工业机器人产业化的发展。
关键字：交流伺服驱动系统；DSP为打破国外对我国工业机器人的技术垄断，我们必须自力更生，掌握高性能工业机器人的关键技术，并在原来的基础上有所创新。
由于工业机器人关节的执行器为电机，所以获得电机的良好控制效果是非常重要的，要想获得优良的电机控制性能，就需要高性能的交流伺服驱动系统，因此研制高性能的交流伺服驱动系统是工业机器人的关键技术之一。
交流伺服驱动系统的硬件是软件设计的基础，所以本文的主要任务是根据工业机器人伺服驱动系统的特点，对系统的的硬件进行设计。
1、硬件设计1.1DSP的选型DSP系统硬件设计包括控制芯片的选择、主电路的驱动与保护、外围设备、逻辑电路等，它是整个控制系统设计的基础，DSP芯片又是重中之重。
TMS320C5000系列DSP具有最低功耗的特点，是专门针对消费类数字市场而设计的，最低耗电只有0.33mA/MHz，所以多应用于日常生活中的消费产品，如照相机、手机等。
TI公司的TMS320C6000系列拥有最高的处理能力，是一种适合采用C++/C等高级语言进行编程的数字处理器，主要应用在军事国防等高端领域。
与C5000和C6000系列的DSP相比，TMS320C2000系列的DSP由于其具有速度快、精度高、集成度高等优点，是目前控制领域性能最高的处理器。
其中，C28系列DSP是TMS320C2000平台中的新成员，它由C24系列DSP改进而来，是一款支持C/C++语言设计的芯片，C28系列DSP非常适合于工业控制，在算法控制上有独到的优势，是一款不可多得的微处理器，它的高效性可以使它代替任何其他处理器。
机器人的驱动与控制
3）控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转 速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。
所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机 和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直 接驱动电动机（DD）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。步进电动机驱动系统多适用于对精 度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。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 泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。 工业机器人驱动系统中所采用的电动机，大致可细分为以下几种：
4）调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5）体积小、质量小、轴向尺寸短。 6）能经受起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减 速运行，并能在短时间内承受过载。 目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机 在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下 的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。
3）应用计算机的机器人具有故障诊断功能，可在屏幕上指示有 故障的部分和提示排除它的方法。还可显示误操作及工作区内有无障 碍物等工况，提高了机器人的可靠性和安全性。
4）可实现机器人的群控， 使多台机器人在同一时间进行相同作 业，也可使多台机器人在同一时间各自独立进行不同的作业。
5)在现代化的计算机集成制造系统(CIMS) 中，机器人是 不少的设备，但只有计算机控制的工业机器人才便于与CIMS 联网，使其充分发挥柔性 自动化设备的特性。
伺服电机在机器人领域的应用
伺服电机在机器人领域的应用在现代工业领域，机器人技术的应用越来越广泛，成为生产自动化的关键。
而在机器人的运动控制中，伺服电机起着至关重要的作用。
伺服电机凭借其高精度、高效率和快速响应的特点，成为机器人领域首选的驱动装置之一。
本文将为您详细介绍伺服电机在机器人领域的应用。
首先，伺服电机在机器人领域的主要应用之一是在关节驱动方面。
机器人的关节需要精准灵活的运动，而伺服电机正是能够实现这一要求的驱动设备。
通过控制伺服电机的旋转角度和转速，可以实现机器人关节的精准控制，从而完成各种复杂任务。
无论是工业生产中的装配线还是医疗领域中的手术机器人，都需要伺服电机的支持来实现高效准确的运动。
其次，伺服电机在机器人领域的另一个重要应用是在运动平台驱动方面。
机器人在实现各种任务时往往需要移动到不同的位置，而运动平台的驱动系统则是保证机器人移动精准和稳定的关键。
伺服电机具有高速度和高精度的特点，可以实现对运动平台的精准控制，确保机器人在工作过程中具有稳定的运动特性。
除此之外，伺服电机还广泛应用于机器人的夹持和定位系统中。
在工业自动化生产中，机器人需要具备夹持和定位工件的能力，以完成各种加工任务。
伺服电机在夹持和定位系统中的应用，可以实现机器人对工件的精准抓取和定位，提高生产效率和产品质量。
总的来说，伺服电机在机器人领域的应用是多方面的、深入的。
它不仅可以实现机器人关节的精准控制，还可以驱动机器人的运动平台、夹持和定位系统，为机器人的自动化生产提供强大支持。
随着科技的不断进步和工业的不断发展，伺服电机在机器人领域的应用前景将更加广阔。
相信在不久的将来，伺服电机会在机器人领域发挥更重要的作用，推动机器人技术的不断创新和发展。
工业机器人伺服结构原理和控制方式解析
工业机器人伺服结构原理和控制方式解析伺服的结构是怎样的？一个最简易的伺服控制单元，就是一个伺服电机加伺服控制器，今天就来解析下伺服电机与伺服控制器。
电机动作的原理右手螺旋法则（安培定则）——通电生磁安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。
通电直导线中的安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。
弗来明左手法则——磁生力确定载流导线在外磁场中受力方向的定则。
又称电动机定则。
左手平展，大拇指与其余4指垂直，手心冲着N级，4指为电流方向，大拇指为载流导线在外磁场中受力方向。
DC伺服马达结构伺服控制单元※ SE RVO 语源自拉丁语，原意为“奴隶”的意思，指经由闭环控制方式达到一个机械系统的位置，扭矩，速度或加速度的控制，是自动控制系统中的执行单元，是把上位控制器的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
1.控制器：动作指令信号的输出装置。
2. 驱动器：接收控制指令，并驱动马达的装置。
3. 伺服马达：驱动控制对象、并检出状态的装置。
伺服马达的种类伺服马达的种类，大致可分成以下三种：1. 同步型：采用永磁式同步马达，停电时发电效应，因此刹车容易，但因制程材料上的问题，马达容量受限制。
〔回转子：永久磁铁；固定子：线圈〕2.感应型：感应形马达与泛用马达构造相似，构造坚固、高速时转矩表现良好，但马达较易发热，容量(7.5KW以上)大多为此形式。
回转子、固定子皆为线圈〕3. 直流型：直流伺服马达，有碳刷运转磨耗所产生粉尘的问题，于无尘要求的场所就不宜使用，以小容量为主。
〔回转子：线圈；固定子：永久磁铁；整流子：磁刷〕SM 同步形伺服马达※特长优点：1. 免维护。
2. 耐环境性佳。
3. 转矩特性佳，定转矩。
4. 停电时可发电剎车。
《伺服驱动技术》课件
汇报人：
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伺服驱动技术概述
伺服驱动系统的组 成
伺服驱动技术的原 理
伺服驱动技术的性 能指标
伺服驱动技术的应 用案例
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伺服驱动技术概述
伺服驱动技术是一种通过控制电机的转速、位置和转矩来精确控制机械运动的技术。
伺服驱动技术广泛应用于工业自动化、机器人、数控机床等领域。
航空航天： 用于控制 航天器的 姿态和轨 道
汽车电子： 用于控制 汽车的电 子系统， 如刹车、 转向等
19世纪末，直流伺服电机诞生
20世纪初，交流伺服电机出现
20世纪50年代，数字伺服技术开始发 展
20世纪70年代，交流伺服技术逐渐成 熟
20世纪80年代，交流伺服技术广泛应 用于工业自动化领域
21世纪初，伺服驱动技术向智能化、 网络化方向发展
汽车电子：用于汽车电子设备的控制，如电动助力转向系统、电子稳定系统等
伺服驱动技术的未 来发展
趋势：智能化、网络化、 集成化
挑战：技术瓶颈、成本压 力、市场竞争
发展趋势：高性能、高精 度、高可靠性
挑战：技术更新、人才短 缺、市场变化
提高响应速度：通过优化控制算法和硬件设计，提高伺服驱动系统的响应速度。 提高精度：通过采用高精度传感器和精密控制算法，提高伺服驱动系统的精度。 提高稳定性：通过优化控制算法和硬件设计，提高伺服驱动系统的稳定性。 提高智能化水平：通过采用人工智能技术，提高伺服驱动系统的智能化水平。
伺服控制器是伺服驱动系统的核心部件，负责接收控制信号并输出相应的控制电流。
伺服控制器的工作原理是通过接收来自上位机的控制信号，经过处理后输出相应的控制电流， 控制伺服电机的转速和转矩。
简述工业机器人的驱动方式
简述工业机器人的驱动方式
工业机器人的驱动方式主要有以下几种：
1.电气驱动：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，以获得所需的位置、速度和加速度。
这种驱动方式具有无环境污染、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。
其中，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。
2.液压驱动：利用液压泵将动力源的机械能转换为压力能，然后通过液压缸和液压马达将压力能转换为机械能，以驱动机器人关节。
3.气动驱动：利用气动泵将气体压力能转换为机械能，然后通过气缸和气马达将机械能转换为驱动力，以驱动机器人关节。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，请查阅专业书籍或咨询专业人士。
伺服驱动工作原理
伺服驱动工作原理
“哇，这机器人好厉害啊！”我和小伙伴们在科技馆里围着一个能精准做出各种动作的机器人惊叹不已。
咱先说说这伺服驱动到底是啥玩意儿呢？嘿，这伺服驱动就像一个超级厉害的小魔法师。
它里面有好多关键的部件呢，比如说控制器，就像机器人的大脑一样，指挥着它干啥。
还有电机，那可是提供动力的大功臣，就像汽车的发动机似的，让机器人能跑能跳。
还有传感器，这玩意儿就像机器人的眼睛和耳朵，能感受到周围的情况。
那这伺服驱动是咋工作的呢？就好比你玩遥控汽车，你按一下遥控器，信号就传到汽车里的接收装置，然后汽车就开始跑啦。
伺服驱动也差不多，控制器接收到指令，就告诉电机该咋转，转多快。
传感器呢，随时把机器人的情况反馈给控制器，这样就能让机器人精准地做出各种动作。
这伺服驱动在生活中的应用可多啦！就说我家的扫地机器人吧，它能在屋子里到处跑，把地扫得干干净净。
为啥它能这么厉害呢？就是因为有伺服驱动呀！它能感知到周围的环境，遇到障碍物就绕过去，就像一个聪明的小精灵。
还有那些工厂里的机械手臂，能快速又准确地把东西组装起来，也是靠伺服驱动呢。
这伺服驱动可真是太牛啦！
伺服驱动真的是超级厉害，它让我们的生活变得更加方便和有趣。
我觉得以后伺服驱动肯定会在更多的地方发挥作用，让我们的世界变得更加美好。
伺服系统在工业机器人的应用
伺服系统在工业机器人的应用工业机器人有4大组成部分，分别为本体、伺服、减速器和控制器。
而其中，工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。
一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。
伺服系统(servomechanism)又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。
伺服系统是以变频技术为基础发展起来的产品，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
伺服系统除了可以进行速度与转矩控制外，还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。
广义的伺服系统是精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。
狭义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量(输出量)是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量(输入量)作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化。
伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。
伺服系统组成原理框图1、比较环节比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。
2、控制器控制器通常是计算机或PID(比例、积分和微分)控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。
3、执行环节执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。
机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
4、被控对象被控对象指被控制的物件，例如一个机械手臂，或是一个机械工作平台。
5、检测环节检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。
伺服系统在工业机器人中的应用
伺服系统在工业机器人中的应用工业机器人是现代制造业中常见的自动化生产设备。
伺服控制技术是工业机器人中非常重要的一项技术，它可以保证机器人的高速、高精度运动，提高生产效率，降低生产成本。
本文将介绍伺服系统在工业机器人中的应用。
一、伺服控制技术概述伺服控制技术是一种利用伺服电机实现精密定位和速度控制的技术。
伺服电机通过接收控制信号来对运动进行控制，其位置和速度可以被精确控制。
伺服控制技术广泛应用于自动化设备、机床、印刷机械、医疗设备等领域。
二、工业机器人中的伺服控制技术应用1. 工业机器人的关节控制工业机器人一般是由几个关节构成的，每个关节都要进行控制。
伺服电机作为利用伺服控制技术的驱动器，可以实现对工业机器人关节的精确控制。
通过对伺服电机的位置和速度控制，可以实现关节的精确转动，最大限度地提高机器人的工作效率。
2. 工业机器人的位置控制在工业机器人的工作过程中，需要精确地控制其位置。
伺服控制技术可以通过对伺服电机的位置控制来实现工业机器人的位置控制。
将伺服电机驱动器与编码器配合使用，可以实现对机器人精确位置的控制，从而更好地完成生产任务。
3. 工业机器人的速度控制对于一些需要高速移动的机器人，通过伺服控制技术可以实现对机器人速度的精确控制。
伺服电机可以根据接收到的控制信号来实现速度的快速响应，以满足生产过程中对速度的要求。
此外，伺服电机可以实现速度级别的递增或递减，从而使机器人在工作过程中更加灵活和可靠。
三、伺服系统在工业机器人中的优势伺服系统可以实现机器人的高速、高精度运动，提高生产效率，降低生产成本。
此外，伺服系统具有反馈控制功能，对机器人的控制更加精确可靠。
伺服系统还具有很好的适应性，可以满足不同机器人的不同应用需求。
四、总结在当今自动化制造领域，工业机器人已成为重要的生产力。
伺服控制技术是实现工业机器人高速、高精度运动的关键技术。
伺服系统在工业机器人中的应用可以提高生产效率，降低生产成本，为现代制造业的发展做出重要贡献。
伺服驱动原理介绍
伺服驱动原理介绍伺服驱动是一种控制系统，它通过接收输入信号并输出精确的控制信号，以控制伺服电机或执行器的运动。
伺服驱动被广泛应用于工业自动化、机器人技术、航空航天等领域。
伺服驱动的原理如下：1.反馈系统：伺服驱动中的一个核心组成部分是反馈系统。
这是通过传感器实现的，传感器测量实际运动的位置、速度或力，并将这些数据返回给伺服驱动器。
这些反馈信号与由控制器生成的参考信号进行比较，以确定实际运动与期望运动之间的差异。
2.控制器：控制器是伺服驱动的另一个关键组成部分。
它接收反馈信号和参考信号，并根据差异生成控制信号。
控制器可以是硬件的或软件的，用于执行特定的控制算法，以确保实际运动与期望运动一致。
3.比例-积分-微分控制（PID控制）：PID控制是伺服驱动器中广泛使用的一种控制算法。
它分为三个部分：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。
比例控制使用反馈与参考之间的误差来生成控制信号，其大小与误差成比例。
积分控制根据误差的累积历史来生成控制信号，从而消除长期误差。
微分控制根据误差的变化速率来生成控制信号，以减少过冲和震荡。
4.驱动器：驱动器是将控制信号转换为实际电机或执行器的动作的关键组成部分。
驱动器根据控制信号的大小和方向，向电机提供适量的电流或压力，以实现期望的运动。
驱动器通常包含功率放大器和电机反向保护等功能，以确保电机的安全运行。
5.反馈环：伺服驱动通常是一个闭环系统，其中反馈信号用于调整控制信号，以弥补实际运动和期望运动之间的差异。
通过反馈环，伺服驱动能够自动校正错误，不断调整控制信号，以使实际运动与期望运动更加接近。
6.传动机构：传动机构将电机的旋转运动转换为所需的线性或旋转运动，以执行相应的任务。
传动机构通常包括齿轮、皮带、螺线管等，通过这些机构，伺服驱动能够将电机的动力和运动传递到被控对象上。
总结起来，伺服驱动的原理是通过反馈系统、控制器、PID控制、驱动器和传动机构等组成部分的协同作用，将输入信号转换为精确的控制信号，并控制电机或执行器的运动，使之达到期望的位置、速度或力的控制目标。
2024年工业机器人伺服驱动器市场需求分析
2024年工业机器人伺服驱动器市场需求分析引言工业机器人伺服驱动器是工业机器人系统中的关键组件，它负责控制机器人的运动。
随着工业机器人在制造业中的广泛应用，对伺服驱动器的需求也越来越大。
本文将对工业机器人伺服驱动器市场的需求进行深入分析，探讨其发展趋势和市场前景。
市场规模分析据市场调研数据显示，工业机器人市场呈现出快速增长的趋势。
工业机器人伺服驱动器作为关键零部件，市场需求也随之增加。
根据行业专家预测，未来几年内，全球工业机器人伺服驱动器市场将保持稳定的增长。
市场驱动因素分析1.自动化需求增加：随着制造业的发展，企业对自动化生产的需求不断增加。
工业机器人作为自动化生产的关键设备之一，对伺服驱动器的需求也随之增加。
2.劳动力成本上升：传统的劳动力成本不断攀升，企业为了提高生产效率和降低成本，逐渐引入工业机器人系统。
伺服驱动器作为控制机器人运动的核心组件，需求大幅增加。
3.高精度控制要求：许多制造过程对产品品质和精度要求越来越高，传统的生产方式难以满足需求。
工业机器人伺服驱动器具备高精度控制能力，能够实现精确的运动控制，因此受到制造业的青睐。
4.新兴应用领域增多：除了传统的制造业，工业机器人在医疗、农业、物流等领域的应用也越来越广泛。
这些新兴领域对伺服驱动器的需求呈现出快速增长的态势。
市场竞争态势分析工业机器人伺服驱动器市场竞争激烈，主要有国内外多家企业提供产品和解决方案。
其中，一些知名的厂商拥有先进的技术和丰富的经验，市场份额较大。
同时，一些新进入市场的企业也在不断崛起，通过技术创新和成本优势，不断争夺市场份额。
市场前景展望随着工业机器人应用领域不断扩大，工业机器人伺服驱动器市场有望保持快速增长。
市场需求的不断增加将推动产品技术的创新和升级，提高伺服驱动器的性能和可靠性。
预计未来几年内，伺服驱动器市场将继续保持稳定增长，并成为制造业的重要组成部分。
结论工业机器人伺服驱动器市场需求正处于快速增长阶段，受到自动化需求增加、劳动力成本上升、高精度控制要求和新兴应用领域增多等因素的驱动。
伺服驱动基本原理
伺服驱动基本原理
伺服驱动的基本原理是通过对电机的控制，使其输出的转速、转矩等参数能够精确地跟随给定的指令信号。
具体来说，伺服驱动的基本原理包括以下几个方面：
1. 反馈控制：伺服驱动系统通常会配备位置、速度或电流等反馈装置，通过检测电机的实际运动状态，将反馈信号与指令信号进行比较，从而实现闭环控制。
反馈控制能够使系统对外界扰动具有较强的抑制能力，提高系统的稳定性和精度。
2. PID控制：PID控制是伺服驱动中常用的控制算法，它通过比较反馈信号与指令信号的差异，并根据差异的大小调整驱动系统的控制量，使系统快速响应、稳定运行。
PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制三个部分组成，根据实际需求和系统特性进行参数调整。
3. 电流控制：伺服驱动系统通常需要控制电机的输出电流，以实现对转矩的控制。
电流控制可以通过PWM（脉宽调制）技术实现，调整PWM信号的占空比来控制电机输出的平均电流。
4. 电机模型：伺服驱动系统需要对电机进行建模，以便在控制过程中准确地预测和调整电机的运动状态。
电机模型一般包括电机的动态特性、转矩-速度曲线等，可以通过实验或者理论计算得到。
通过以上原理的组合和调节，伺服驱动系统能够实现对电机精确的
位置、速度和转矩控制，广泛应用于机械运动控制、自动化设备等领域。
”华航唯实“智能制造系列课程《6-3工业机器人的伺服驱动系统》
二
伺服驱动器与伺服电机
如果把连杆和关节想象为工业机器人的骨骼，那么伺服驱动器在工业机器人中的作 用相当于人体的肌肉。伺服驱动器（Servo Drives）又称“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，主要应用于高精度定位系统。伺服驱动器是功率放大与变换 的装置，是弱电控制强电的媒介，是运动控制系统的执行手段。 一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统的高精度定位。 同事，同时可以起到保护伺服电机，防止其在过热、过载、过电流和欠电压的情况下伺服电机的损 坏。图所示为典型的伺服驱动器和伺服电机组合。
控制指令
DSP 多环路控制器
PWM PWM驱动
功率放大
电流
检测 转速
执行机构 电机
传动机构
输出ENCFra bibliotek位置3 第三页，共九页。
一
伺服驱动原理
组成部分 比较环节 控制器
执行机构
受控对象 检测环节
功能
将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间 的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。 通常是各种控制电路（如下文中的PID控制器），其主要任务是对比较 元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。
第九页，共九页。
工业机器人的伺服驱动系统
第一页，共九页。
一、伺服驱动原理
二、伺服驱动器与伺服电机
2 第二页，共九页。
一
伺服驱动原理
机器人的伺服驱动系统是一个为了跟踪目标值 对机器人手臂 当前运动状态进行反 馈构成的闭环伺服系统。结合图中闭环反馈控制系统中介绍的内容，可以看出控制器的功能 就是检测各关节的当前位置及速度，将它们作为反馈信号，最后直接或间接地决定各关节的 驱动力。
人形机器人多关节的电机伺服控制系统
本月初上海国际机器人展示会，展出的几乎都是进口设备，国产的机器人演示的速度与精度远低于进口的，在上海电视台的采访中，国产厂家（机器人与伺服电机厂家）也坦言关键技术受制于人，尤其是精密伺服电机减速箱，基本都被日本公司控制，其实这跟我们的发展是在学日本人有关，伺服电机的编码器的使用都是装在了电机尾部，这种安装形式优点是增量脉冲信号对于速度贡献的精度高，动态响应好，同时输出的UVW信号提供电机换相信号，我也经常被问到有没有国产的绝对值编码器可以替换现在装在伺服电机尾部的增量编码器, 伺服电机要选用绝对值编码器，如果还是装在电机尾部，那样的编码器要求分辨率很高（为满足伺服电机的动态特性要求，最少17位以上）、信号输出响应要求快（比如EnDat等专用信号），这对于绝对值编码器国产化以及成本要求带来了很大的难度。
但是这种安装对于最终的机械输出的精度还是要取决于精密减速箱与机械传动上的精度，而这个恰恰又是日本及德国的加工强项。
如果照样学习日本的（德国的成本更贵，我们国内较少有人去学的），那就必然钻进了日本精密机械加工的圈了。
实际上装绝对值编码器与原来已经使用的增量编码器并没有对立，而一定要替换掉，其实这次展会，就算是日本的尼康公司，也提出了仅仅在伺服电机高速端装编码器不够的弊端，欧洲早有在低速端加装绝对值编码器补充信号提高精度，电机高速端用增量编码器确保电机动态特性的使用方法。
这样可以避开减速箱精密性问题，实现用绝对值编码器的确定绝对位置的重复精度，但那样机械设计与电气增加绝对值编码器信号接口就要重新考虑设计了，在国内普遍只会照样子学国外而不愿冒险创新，或者嫌麻烦不愿重新设计机械结构，这种想法恐怕也就一闪而过了。
于是，明年的展会上我们国产的厂家可能还是在抱怨精密减速箱。
仿人机器人关节的电机伺服系统摘要：本文围绕电机伺服系统在仿人机器人上的应用，简要介绍了电机伺服系统各部件的发展现状和几款适用于仿人机器人的电机伺服系统，并在此基础上分析了系统选型时须要重点考虑的因素。
伺服驱动器的工作原理
伺服驱动器的工作原理伺服驱动器是现代自动化系统中常见的一种设备，它能够控制和驱动伺服电机的运动。
伺服驱动器在许多领域都起到至关重要的作用，例如机械制造、自动化生产线、机器人技术等等。
本文将深入探讨伺服驱动器的工作原理，帮助读者更好地理解这项技术。
一、什么是伺服驱动器？伺服驱动器是一种电子设备，它通过接收输入信号，控制伺服电机的运动。
伺服电机是一种精密的电动机，通过伺服驱动器的控制，可以实现高精度、高速度和高稳定性的运动。
二、伺服驱动器的工作原理伺服驱动器的工作原理可以简单归纳为以下几个步骤：1. 接收输入信号伺服驱动器通过接收输入信号来确定所需的运动。
输入信号可以来自于用户通过各种方式发送的指令，例如按钮、键盘、计算机软件等等。
这些输入信号可以是数字信号，也可以是模拟信号。
2. 反馈系统伺服驱动器配备了反馈系统，用于实时监测伺服电机的运动状态。
反馈系统可以采用编码器或传感器等设备来获取电机的位置、速度和加速度等参数。
通过与输入信号进行比较，伺服驱动器可以调整输出电信号，以实现精确控制。
3. 控制电路伺服驱动器内部有一个控制电路，用于处理输入信号和反馈信号，并生成输出电信号。
控制电路通常采用微处理器或数字信号处理器等芯片，能够实现复杂的算法和控制策略。
根据具体的应用需求，控制电路可以有不同的设计和配置。
4. 功率放大器控制电路生成的输出信号通常是低功率信号，无法直接驱动伺服电机。
伺服驱动器还配备了功率放大器，将低功率信号转换为足够的功率，以供应给伺服电机使用。
功率放大器一般采用功率晶体管或功率集成电路等器件。
5. 输出控制信号经过功率放大器的放大，控制电路生成的输出信号变成了足够强大的电流或电压信号，可以驱动伺服电机的运动。
输出信号的形式取决于伺服电机的类型，例如直流电机、交流电机、步进电机等。
伺服驱动器的工作原理可以简单归纳为通过接收输入信号，并结合反馈信号进行控制，最终通过功率放大器输出驱动信号，以驱动伺服电机实现精密控制。
协作机器人关节设计及伺服驱动研究
协作机器人关节设计及伺服驱动研究近年来，协作机器人在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
协作机器人的关节设计和伺服驱动技术是影响其性能和精度的关键因素。
本文将对协作机器人关节设计及伺服驱动研究进行探讨。
首先，关节设计是协作机器人运动灵活性和稳定性的基础。
关节设计需要考虑机器人运动范围、负载能力、精度要求等因素。
一种常见的关节设计是采用电机驱动和减速器组成的伺服系统。
这种设计能够实现高精度和高扭矩输出，满足协作机器人工作的需求。
其次，伺服驱动技术对协作机器人的性能和精度有着重要影响。
伺服驱动技术能够实现对机器人关节的精确控制和位置反馈。
常用的伺服驱动技术包括PID控制、自适应控制和模糊控制等。
这些技术能够实现对机器人关节的速度、位置和力矩的精确控制，提高机器人的运动精度和稳定性。
此外，关节设计和伺服驱动技术还需要考虑机器人的安全性和可靠性。
关节设计需要考虑机器人的结构强度和稳定性，以确保机器人在工作过程中不会出现关节松动或断裂的情况。
伺服驱动技术需要采用高精度的传感器来实时监测机器人关节的状态，以确保机器人能够及时响应外部环境变化并做出相应调整。
综上所述，协作机器人关节设计及伺服驱动研究是实现机器人高精度和稳定性的关键技术。
关节设计需要考虑机器人的运动范围、负载能力和精度要求，采用电机驱动和减速器组成的伺服系统。
伺服驱动技术能够实现对机器人关节的精确控制和位置反馈，提高机器人的运动精度和稳定性。
同时，关节设计和伺服驱动技术还需要考虑机器人的安全性和可靠性。
这些研究对于协作机器人的应用和发展具有重要意义。
未来，我们还需要进一步深入研究关节设计和伺服驱动技术，不断提升协作机器人的性能和精度，实现更广泛的应用。
伺服电机驱动方案
伺服电机驱动方案1. 引言伺服电机是一种具有精确位置和速度控制能力的电机。
它被广泛应用于需要高精度控制的领域，如机械制造、自动化设备、机器人等。
伺服电机的驱动方案对于其性能和稳定性起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的伺服电机驱动方案，并分析其特点和适用场景。
2. 开环控制开环控制是最简单的伺服电机驱动方案之一。
在开环控制中，驱动器通过向电机供电来驱动电机转动，但没有反馈信号用于控制电机的实际位置和速度。
这种控制方案的优点是结构简单、成本低廉。
然而，由于缺乏反馈信息，开环控制无法对电机的实际运动进行精确控制，容易受到负载变化和外界干扰的影响。
开环控制适用于对位置和速度控制要求不高的场景，比如一些简单的运动控制任务。
3. 闭环控制闭环控制是一种采用反馈信号对电机位置和速度进行实时控制的伺服电机驱动方案。
闭环控制通过使用位置或速度传感器来获取电机的实际状态，并与期望状态进行比较，根据差异进行调整。
闭环控制具有良好的控制精度和稳定性，能够对负载变化和外界干扰进行自适应调节。
闭环控制方案通常包括驱动器、编码器和控制器三个主要部分。
驱动器负责将控制信号转换为电机的转矩和速度。
编码器用于实时检测电机的实际位置和速度。
控制器接收编码器反馈信号并与期望信号进行比较，通过控制驱动器输出来实现精确的位置和速度控制。
闭环控制适用于对位置和速度控制要求较高的场景，如工业自动化、精密加工等。
4. 矢量控制矢量控制是闭环控制的一种改进方案，它可以更精确地控制伺服电机的位置和速度。
矢量控制采用了基于磁场方向的控制策略，可以实现电机的独立控制。
矢量控制方案通常包括两个主要部分：速度环和位置环。
速度环负责根据控制信号调整电机的速度，以实现期望的运动。
位置环负责根据速度环的输出和编码器反馈信号，计算出电机的实际位置，并与期望位置进行比较，以精确控制电机的位置。
矢量控制方案具有较高的控制精度和响应速度，适用于对位置和速度控制要求非常高的场景，如高速运动控制、精密机械加工等。
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ROBOT COMING
任课老师：蒋志宏、李辉
机电学院智能机器人研究所 2014年-2015年
《机器人学》
第五章：机器人伺服驱动
5.1 伺服驱动控制原则和方法 5.2 伺服驱动控制
5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 伺服电机运动与驱动控制原理 伺服驱动电路设计 伺服驱动多环路控制器设计 伺服驱动系统测试与指标
20世纪90年代是伺服驱动技术实现全数字解）
5.1 伺服驱动控制原则和方法 3、伺服驱动器种类
电机伺服驱动器（交直流伺服电机：直流电
机、永磁同步电机、直流无刷电机、直接驱
动电机，还有步进电机等。）
液压伺服驱动器
5.1 伺服驱动控制原则和方法 2、伺服驱动简介
伺服驱动技术作为数控机床、（工业）机器人及其它机 械控制的关键技术之一；
20世纪最后10年间，微处理器(特别是DS础。 20世纪80年代是交流伺服技术取代直流伺服技术；
调节电动机的转速有三种方法：
调节电枢供电电压； 减弱励磁磁通； 改变电枢回路电阻R。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说 ，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只 能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但 调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速 （ 额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动 控制的直流调速系统往往以变压调速为主。
5.2 伺服驱动控制
数字电路产生PWM原理
数字电路产生PWM信号的原理与模拟电路一样，不同的 是，数字电路产生PWM信号是通过寄存器的设置来实现的。 数字电路产生PWM信号的原理如图所示。
Period Register Set Ts Ts Value of Timer Register PWM Signal
5.2 伺服驱动控制 模拟电路PWM发生步骤
第一步：通过电阻R和电容C设定开关周期Ts（开关频率f ＝1/Ts）； 第二步：通过振荡器产生载波，即图中锯齿波/三角波； 第三步：根据需要产生一个控制信号即调制波，然后， 载波和调制波的值通过比较器进行比较；
第四步：比较器比较的结果产生PWM信号。
*
*
*
Value of Compare Register
、信息及智能技术等等。
5.1 伺服驱动控制原则和方法 5、伺服驱动控制拓扑
Pos_Ref + Spd_Ref PID + T_Ref PID +
Pos_Fb
Spd_Fb
T_Fb
PID
PWM
H桥
电流传感器 位置传感器 位置传感器
MOTOR
1/N
N-减速器比
伺服电机多环路控制拓扑
5.1 伺服驱动控制原则和方法 6、直流伺服电机的驱动原理
模拟电路产生PWM原理
数字电路产生PWM原理
5.2 伺服驱动控制
模拟电路产生PWM原理
模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都 没有限制。模拟电路产生PWM信号的一般原理如图所示。
Ts Vs
载波
比较器 PWM信号
oscillator
Vc
调制波
Vs Vc
R
C
图 模拟电路产生PWM信号原理示意图
5.1 伺服驱动控制原则和方法 8、直流电机位置伺服控制原理
1 m (s) K bTa Tm 1 1 1 U a (s) ns 2 s s Ta Ta Tm
*
+
PID
* +
I*
+ PID H桥
PID
I
5.2 伺服驱动控制
脉宽调制（PWM）技术
内容：
脉宽调制（PWM）定义及PWM信号发生原理； 占空比的含义。
Ud
Rd
Ld
Ue
电流磁效应可知， 通电导体周围会产 生磁场，从而使得 通电导体在磁场中 受到安培力作用。
5.1 伺服驱动控制原则和方法 6、直流伺服电机的驱动原理
为了使得通电线圈能够连续运转，当线圈越过 平衡位置后及时改变对线圈供电电流的方向，那 么线圈就能连续转动起来。换向器和电刷的目的 就是改变线圈的供电电流方向。这样线圈就能连 续在磁场中运转。
冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM对开关器件 的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度 不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。 按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变电路输出电
压的大小，也可改变输出频率。
5.2 伺服驱动控制
2、PWM信号发生原理
5.1 伺服驱动控制原则和方法 1、伺服驱动定义
伺服驱动器在机器人中的作用相当于人体的 肌肉：如果把连杆和关节想象为机器人的骨 骼，那么伺服驱动器就起到人体肌肉作用。 伺服驱动器（Servo Drives）又称“伺服控制 器/放大器”，是用来控制伺服电机的一种控 制器，主要应用于高精度定位系统。一般通 过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进 行控制，实现高精度的传动系统定位；
要求：
掌握PWM的发生原理，理解占空比的含义。
5.2 伺服驱动控制
1、脉宽调制（PWM）技术介绍
脉宽调制（ PWM：Pulse-Width Modulation）是利用一种数字
信号来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用 在功率控制与变换、测量和通信等领域中;
采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉
5.1 伺服驱动控制原则和方法 7、直流伺服电机的调速原理
直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系：
U-IR n= KeΦ
n－转速 （r／min）； U－电枢电压 （V）； I－电枢电流 （A）； R－电枢回路总电阻 （欧姆）； －励磁磁通 （Wb）； Ke－由电机结构决定的电动势常数。
5.1 伺服驱动控制原则和方法 7、直流伺服电机的调速原理
气动伺服驱动器
记忆金属伺服驱动器
压电陶瓷伺服驱动器（致伸缩驱动器）
5.1 伺服驱动控制原则和方法 4、伺服驱动系统组成
控制 指令 DSP PWM PWM 多环路控制器 驱动 功率放大 执行机构 电机 传 动 机 构
输出
检测 电流 转速
ENC 位置
涉及学科：电路原理、模电数电、电力电子、控制技术