第四章移动机器人驱动
机器人驱动方法
机器人驱动方法概述机器人驱动方法是指控制机器人运动和行为的技术和算法。
机器人驱动方法通常包括硬件和软件两个方面。
硬件方面涉及机器人的动力系统、传感器以及执行器等组件。
软件方面涉及机器人的控制算法、路径规划、感知和决策等模块。
机器人驱动方法的研究和发展是为了提高机器人的运动能力、工作效率和智能性，使机器人能够更好地完成人类指定的任务。
机器人驱动方法的分类机器人驱动方法可以根据不同的标准进行分类。
下面是几种常见的分类方法：基于动力系统的驱动方法主要研究机器人的动力学和控制。
这种方法通过对机器人的动力学模型进行建模和分析，设计出合适的控制算法来实现机器人的运动控制。
常见的动力系统包括轮式机器人、步行机器人和飞行器等。
2. 基于传感器的驱动方法基于传感器的驱动方法主要研究机器人的感知能力和环境感知算法。
通过利用各种传感器获取环境信息，并对其进行处理和分析，实现机器人对环境的感知和理解。
常见的传感器包括摄像头、激光雷达、惯性测量单元（IMU）等。
基于执行器的驱动方法主要研究机器人的执行器控制和运动规划算法。
通过对机器人的执行器进行控制，实现机器人的运动和行为。
常见的执行器包括电机、液压缸和舵机等。
4. 基于路径规划的驱动方法基于路径规划的驱动方法主要研究机器人在给定环境中的路径规划和运动控制。
通过对环境和机器人的状态进行建模和分析，设计出合适的路径规划算法，使机器人能够在复杂的环境中自主地规划和执行路径。
常见的路径规划算法包括A*算法、Dijkstra算法和RRT算法等。
常用的机器人驱动方法1. 基于 PID 控制的驱动方法PID（Proportional-Integral-Derivative）控制方法是一种经典的控制算法。
通过调节比例、积分和微分系数，PID 控制器可以对机器人的位置、速度等进行精确控制。
PID 控制方法简单易实现，广泛应用于机器人驱动领域。
2. 基于深度学习的驱动方法深度学习是一种基于神经网络的机器学习方法。
《机器人驱动系统》课件
THANKS
感谢观看
液压缸将液压能转换为机械能，推动机器人实现各种动作。
通过液压阀的控制，可以调整液压油的流向和流量，实现机器
03
人的精确控制。
液压驱动系统的优缺点
优点
功率密度大，能够实现大负载的精确 控制，响应速度快，能够在恶劣环境 下工作。
缺点
需要专业的维护和保养，容易漏油和 污染环境，制造成本和维护成本较高 。
3
考虑能源效率和安全性
选择具有高能效、低能耗、安全可靠的驱动系统 ，以确保机器人的长期稳定运行。
提高驱动系统的效率
01
优化电机控制算法
通过改进电机控制算法，提高驱 动系统的响应速度和精度，从而 提高机器人的工作效率。
02
采用高效传动机构
03
实施能源管理策略
采用高效、紧凑的传动机构，减 少能量损失，提高驱动系统的效 率。
步进电机驱动系统的应用
常用于需要高精度定位和控制的场合，如数 控机床、打印机等。
伺服电机驱动系统
伺服电机驱动系统的原理
01
通过将电信号转换为机械位移，实现精确的速度和位置控制。
伺服电机驱动系统的特点
02
具有高精度、快速响应、低噪音等优点，能够实现闭环控制。
伺服电机驱动系统的应用
03
广泛应用于各种需要高精度定位和控制的场合，如工业机器人
《机器人驱动系 统》ppt课件
目 录
• 机器人驱动系统概述 • 电机驱动系统 • 液压驱动系统 • 气压驱动系统 • 机器人驱动系统的选择与优化
01
CATALOGUE
机器人驱动系统概述
定义与分类
定义
机器人驱动系统是指控制机器人运动和动作的各种动力装置的总称，包括电机 、减速器、驱动控制器等。
机器人驱动器
驱动器是驱使工业机器人机械臂运动的机构。它按照控制系统发出的指令信号，通过移动或转动连杆来 改变机器人的构型，相当于人的肌肉 。所以驱动器要有足够的功率对连杆进行加减速并带动负载，同 时，驱动器自身必须轻便、经济、精确、灵敏、可靠且便于维护。
目 录
驱动器的特性
重量、功率-重量比和工作压强 刚度和柔性 减速齿轮的应用
液压驱动器
依据阀门打开的时间，可以控制注入液压缸的总液量，即活塞的 总行程。柱阀由伺服电机控制，伺服电机的控制指令来自于控制 器，控制器通过控制伺服电机的电流大小以及电流的持续时间以 达到控制滑柱位置的目的。
液压驱动器
液压驱动器
如果我们在阀上增加电 子或机械反馈就可给伺 服阀提供反馈
液压驱动器
-刚性低
-需要减速齿轮，增大了间隙、成本和重 量等 -在不供电时，电机需要刹车装置，否则 手臂会掉落
+与液压系统相比压力低 +适合开关控制及其拾取和放置 +柔性系统 -系统噪声较大 -需要气压机、过滤器等
- 很难控制线性位置
-在负载作用下会持续变形 -刚度低，响应精度低 -功率-重量比最低
液压驱动器
旋转液压驱动器
旋转液压驱动器相比于直线液压驱动 器原理是相同的，只是输出的是力矩 T。
t:旋转液压缸的厚度
旋转液压驱动器
系统液压，所需液体的流速和容量为:
液压驱动器的组成
液压系统通常由下面几部分组成: • 直线或旋转液压缸和活塞：用于产生驱动关节的力和力矩，由伺服阀或手动
阀来控制。 • 高压液压泵：为系统提供高压液体: • 电机(或其他动力源如柴油机)：用于驱动液压泵。 • 冷却系统：用于系统散热: • 储液箱：储存系统所用的液体。由于不论是否使用系统，液压泵均要不断地
简述机器人的三种驱动方式
简述机器人的三种驱动方式机器人是一种能够自主行动和执行任务的智能设备。
为了实现机器人的运动和行为，需要采用不同的驱动方式。
目前，常见的机器人驱动方式主要有三种：轮式驱动、腿式驱动和飞行器驱动。
一、轮式驱动轮式驱动是最常见的机器人驱动方式之一。
这种驱动方式类似于汽车的轮子，通过驱动轮子的转动来实现机器人的移动。
轮式驱动具有灵活性高、速度快、适应性强等优点，适用于平坦地面的移动。
一些家庭服务机器人、清洁机器人和工业机器人常常采用轮式驱动方式。
轮式驱动的机器人可以通过控制左右轮子的转速和方向来实现前进、后退、转向等基本运动。
二、腿式驱动腿式驱动是一种仿生学的驱动方式，模拟了生物的步态行走。
腿式驱动的机器人通常具有多个腿部，每个腿部由多个关节连接，通过控制关节的运动来实现机器人的行走。
腿式驱动的机器人具有良好的适应性和稳定性，可以在不平坦的地面上行走。
一些需要在复杂环境中执行任务的机器人，如灾害救援机器人、探险机器人等，常常采用腿式驱动方式。
三、飞行器驱动飞行器驱动是一种通过空气动力学原理实现机器人运动的驱动方式。
飞行器驱动的机器人可以通过螺旋桨或喷气推进器产生升力或推力，实现在空中自由飞行。
飞行器驱动的机器人具有独特的优势，可以快速覆盖大范围的区域，适用于空中巡航、航拍、监测等任务。
无人机是一种常见的飞行器驱动机器人，已经广泛应用于农业、物流、安防等领域。
机器人的驱动方式主要包括轮式驱动、腿式驱动和飞行器驱动。
不同的驱动方式适用于不同的应用场景和任务要求。
轮式驱动适用于平坦地面的移动，腿式驱动适用于复杂环境的行走，飞行器驱动适用于空中飞行。
随着技术的不断进步，机器人的驱动方式将会更加多样化和智能化，为实现更复杂的任务提供更强大的支持。
轮式移动机器人动力学建模与运动控制技术
WMR具有结构简单、控制方便、运动灵活、维护容易等优点，但也存在一些局限性，如对环境的适应性、运动稳定性、导航精度等方面的问题。
轮式移动机器人的定义与特点特点定义军事应用用于生产线上的物料运输、仓库管理等，也可用于执行一些危险或者高强度任务，如核辐射环境下的作业。
工业应用医疗应用第一代WMR第二代WMR第三代WMRLagrange方程控制理论牛顿-Euler方程动力学建模的基本原理车轮模型机器人模型控制系统模型030201轮式移动机器人的动力学模型仿真环境模型验证性能评估动力学模型的仿真与分析开环控制开环控制是指没有反馈环节的控制，通过输入控制信号直接驱动机器人运动。
反馈控制理论反馈控制理论是运动控制的基本原理，通过比较期望输出与实际输出之间的误差，调整控制输入以减小误差。
闭环控制闭环控制是指具有反馈环节的控制，通过比较实际输出与期望输出的误差，调整控制输入以减小误差。
运动控制的基本原理PID控制算法模糊控制算法神经网络控制算法轮式移动机器人的运动控制算法1 2 3硬件实现软件实现优化算法运动控制的实现与优化路径规划的基本原理路径规划的基本概念路径规划的分类路径规划的基本步骤轮式移动机器人的路径规划方法基于规则的路径规划方法基于规则的路径规划方法是一种常见的路径规划方法，它根据预先设定的规则来寻找路径。
其中比较常用的有A*算法和Dijkstra算法等。
这些算法都具有较高的效率和可靠性，但是需要预先设定规则，对于复杂的环境适应性较差。
基于学习的路径规划方法基于学习的路径规划方法是一种通过学习来寻找最优路径的方法。
它通过对大量的数据进行学习，从中提取出有用的特征，并利用这些特征来寻找最优的路径。
其中比较常用的有强化学习、深度学习等。
这些算法具有较高的自适应性，但是对于大规模的环境和复杂的环境适应性较差。
基于决策树的路径规划方法基于强化学习的路径规划方法决策算法在轮式移动机器人中的应用03姿态与平衡控制01传感器融合技术02障碍物识别与避障地图构建与定位通过SLAM（同时定位与地图构建）技术构建环境地图，实现精准定位。
《移动机器人原理与设计》第四章驱动
2、三相反應式步進電機原理
步進驅動原理 細分驅動技術
• 步進電機的基本參數
• 步距角：對應一個步進脈衝信號，步進電機轉過的角度。稱為固定步 距角。θ=360 /( J*m) • 步距角精度：步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。 • 相數：是指電機內部的線圈組數 • 拍數：完成一個磁場週期性變化所需脈衝數或導電狀態，或指電機轉 過一個齒距角所需脈衝數 • 保持轉矩：是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩 • 失步：步進電機運轉時運轉的步數，不等於理論上的步數，稱為失步 • 失調角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度 • 在某種測試條件下，電機運 行中輸出力矩與頻率關係的曲 線稱為運行矩頻特性
• 舵機的應答幀
• 舵機當前的工作狀態會通過位元組“ERROR”表示
• 指令
• 基本協議中定義了7條指令
• 記憶體控制表
• 記憶體控制表
• 記憶體控制表
• 記憶體控制表
• 部分記憶體控制表說明 • 0X04 保存串列傳輸速率計算參數。計算公式： Speed(BPS) = 2000000/(Address4+1)。 • 0x05: 設置返回延遲時間，即當舵機收到一條需要應答的指令後， 延遲應答的時間。 • 0x06～0x09: 設置舵機可運行的角度範圍。 順時針角度限制≤目標角度值≤逆時針角度限制值。
• 直流電機特性
機械特性
調節 特性
• 直流電機驅動電路 • 電晶體驅動電路
• 橋式電路
• 集成驅動 • L298系列 是一種二相和四相電機的專用驅動器， 內含二個H橋的雙全橋式驅動器
• MC33886
• • • • • 工作電壓：5-40V 導通電阻：120毫歐姆 輸入信號：TTL/CMOS PWM頻率：<= 10KHz 短路保護、欠壓保護、 過溫保護 • 具有錯誤狀態報告功能 (引腳/FS）
机器人的驱动系统(1)
进电机作为机器人的执行电机，由于电机速度较高，所以需配以 大速比减速装置 ；通常其电机的输出力矩大大小于驱动关节所需要的力矩，所以 必须使用带减速器的电机驱动。 但是，间接驱动带来了机械传动中不可避免的误差，引起冲击振 动，影响机器人系统的可靠性，并且增加关节重量和尺寸。 由于手臂通常采用悬臂梁结构，所以多自由度机器人关节上安装 减速器会使手臂根部关节驱动器的负荷增大
一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式
日本、美国等工业发达国家已经开发出性能优异的 DD机器人．美国Adept公司研制出带有视觉功能的 四自由度平面关节型DD机器人．
日本大日机工公司研制成功了五自由度关节型DD一 600V机器人．其性能指标为：最大工作范围1.2 m， 可搬重量5 kg，最大运动速度8.2m／s，重复定位 精度0.05 mm
一、驱动方式
（2）远距离驱动 远距离驱动将驱动器与关节分离，目的在于减少关节的
体积、减轻关节重量。 一般来说，驱动器的输出力矩都远远小于驱动关节所需
要的力，因此也需要透过减速机来增大驱动力。 远距离驱动的优点在于 能够将多自由度机器人关节驱动所必需的多个驱动器设
置在合适的场所。 由于机器人手臂都采用悬臂梁结构，远距离驱动是减轻
位于手臂根部关节的驱动器负载的一种措施。
二、驱动元件
机器人关节的驱动元件有： （1）液压元件 （2）气动元件 （3）电动元件
二、驱动元件
1.液压驱动
机器人的驱动系统采用液压驱动， 有以下几个优点：
1）液压容易达到较高的单位面积压力（常用油压为25～ 63kg/cm2),体积较小，可以获得较大的推力或转矩；
移动机器人原理与设计第四章驱动
移动机器人原理与设计第四章驱动移动机器人的发展日新月异，其在工业、医疗、服务等领域的应用越来越广泛。
而驱动系统作为移动机器人的核心组成部分之一，对机器人的性能和功能起着至关重要的作用。
在这一章中，我们将深入探讨移动机器人驱动的原理与设计。
驱动系统就像是移动机器人的“双腿”，负责为机器人提供动力，使其能够在各种环境中自如地移动。
从简单的轮式驱动到复杂的多足驱动，不同的驱动方式有着各自的特点和适用场景。
轮式驱动是移动机器人中最为常见的一种驱动方式。
它的结构相对简单，易于控制和实现。
常见的轮式驱动包括两轮驱动、四轮驱动和全向轮驱动。
两轮驱动通常由两个独立驱动的轮子组成，通过控制两个轮子的转速和转向来实现机器人的移动。
这种驱动方式简单经济，但稳定性相对较差，在复杂地形上的通过能力有限。
四轮驱动则在稳定性和通过能力上有了明显的提升。
四个轮子都能够提供动力，使得机器人能够应对更复杂的路况。
在一些需要较大牵引力和承载能力的场合，四轮驱动是一个不错的选择。
全向轮驱动则具有更高的灵活性。
全向轮可以在平面上实现任意方向的移动，不需要像传统轮子那样通过复杂的转向动作来改变方向。
这使得采用全向轮驱动的移动机器人能够在狭小空间内灵活穿梭。
除了轮式驱动，履带式驱动也是一种常见的选择。
履带式驱动类似于坦克的行走方式，它与地面的接触面积大，能够提供良好的抓地力和稳定性。
在崎岖不平的地形、松软的沙地或者雪地等环境中，履带式驱动的优势尤为明显。
然而，履带式驱动的结构相对复杂，重量较大，能耗也相对较高。
在一些特殊的应用场景中，足式驱动则展现出了独特的魅力。
例如，在需要攀爬楼梯或者跨越较大障碍物的情况下，足式机器人能够像动物一样通过灵活的腿部动作来完成任务。
足式驱动的设计和控制相对复杂，需要精确的力学分析和先进的控制算法来实现稳定的行走。
在驱动系统的设计中，电机的选择是一个关键环节。
常见的电机类型包括直流电机、交流电机和步进电机等。
直流电机具有调速性能好、控制简单等优点，但其电刷容易磨损，维护成本较高。
机器人的驱动方式原理
机器人的驱动方式原理
机器人的驱动方式原理可以有很多种，以下是其中几种常见的驱动方式：
1. 轮式驱动：这是最常见的机器人驱动方式之一。
机器人通过电动机驱动轮子的旋转来移动。
通常，机器人会有两个或多个轮子，并且通过控制不同轮子的旋转速度和方向来实现前进、后退、转向等动作。
2. 履带驱动：这种驱动方式使用履带而不是轮子。
履带通过电动机驱动，可以在各种地形上提供更好的牵引力和稳定性。
履带驱动常用于越野机器人、农业机器人和军事机器人等需要在复杂环境中移动的应用中。
3. 步进驱动：步进电机是一种特殊的电机，通过控制电流脉冲的频率和顺序来控制转动角度和速度。
步进驱动常用于需要精确定位和控制的应用，例如机械臂、3D打印机等。
4. 舵机驱动：舵机是一种特殊的电动机，可以控制输出轴的角度。
舵机通常用于控制机器人的关节，例如机器人手臂、机器人头部的转动等。
5. 气动驱动：气动驱动使用压缩空气或气体来驱动机器人的运动。
这种驱动方式通常用于一些需要高速运动和快速响应的应用，例如自动化生产线上的机械臂。
这只是一些常见的机器人驱动方式，实际上还有很多其他驱动方式，如液压驱动、
线性电机驱动等，不同的应用场景和需求会选择不同的驱动方式。
机器人技术基础复习要点
机器人技术基础复习要点第一章:绪论1。
机器人分类：按开发内容与应用分为工业机器人,操纵型机器人，智能机器人；按发展程度分为第一代，第二代和第三代机器人；按性能指标分为超大型，大型。
中型。
小型和超小型机器人；按结构形式分为直角坐标型机器人，圆柱坐标型机器人，球坐标型机器人和关节坐标型机器人；按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制；按驱动方式分为气力驱动式，液力驱动式和电力驱动式。
按机座可动分类分为固定式和移动式.2.机器人的组成：驱动系统，机械系统，感知系统，控制系统,机器人—环境交互系统,人机交互系统。
3.机器人的技术参数：自由度:是指机器人所具有的独立坐标轴的数目；精度:主要依存于机械误差,控制算法误差与分辨率系统误差;重复定位精度;是关于精度的统计数据；工作范围：指的是机器人手臂末端或手腕中心所能达到的所有店的集合；最大工作速度：不同厂家定义不同,通常在技术参数中加以说明；承载能力：指的是机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。
第二章：机器人本体结构1.机器人本体基本结构:传动部件,机身及行走机构，臂部,腕部，手部.2。
机器人本体材料的选择：强度高,弹性模量大，质量轻，阻尼大，经济性好. 3。
机身设计要注意的问题：刚度和强度大；动灵活,导套不宜过短，避免卡死；驱动方式适宜；结构布置合理。
4.臂部的基本形式：机器人的手臂由大臂，小臂所组成，手臂的驱动方式主要有液压驱动，气动驱动和电动驱动几种形式,其中电动驱动最为通用；臂部的典型机构有臂部伸缩机构，手臂俯仰运动机构，手臂回转与升降机构。
5。
臂部设计需要的注意的问题：足够的承载能力;刚度高；导向性能好,运动迅速，灵活，平稳，定位精度高；重量轻，转动惯性小；合理设计与腕部和机身的连接部位。
6。
机器人的平稳性和臂杆平衡方法：机身和臂部的运动较多,质量较大,如果运动速度和负载游较大，当运动状态变化时,将产生冲击和振动。
这将仅影响机器人的精确定位，甚至会使其不能正常运转。
第4章工业机器人动力系统
直流无刷伺服电机的特点：转动惯量小、启动电压低、空载 电流小 弃接触式换向系统，大大提高电机转速，最高转速高 达100 000rpm；无刷伺服电机在执行伺服控制时，无须编码 器也可实现速度、位置、扭矩等的控制；容易实现智能化， 其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相；不存在 电刷磨损情况，除转速高之外，还具有寿命长、噪音低、无 电磁干扰等特点。
工业机器人丝杠螺母传动的手臂升降机构
第四章 工业机器人动力系统
4.1.2 工业机器人的动力系统的组成
2.工业机器人传动机构的组成
（3）带传动和链传动
带传动和链传动用于 传递平行轴之间的回 转运动，或把回转运 动转换成直线运动。 工业机器人中的带传 动和链传动分别通过 带轮或链轮传递回转 运动
工业机器人技术基础
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.2交流伺服动力系统 4.2.2交流伺服电动机的类型
2.永磁同步交流伺服电机
永磁同步伺服电动机主要由转子和定子两大部分组成。在 转子上装有特殊形状高性能的永磁体，用以产生恒定磁场 ，无需励磁绕组和励磁电流。
永磁同步电机结构图
第四章 工业机器人动力系统
1.功率驱动单元
功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或 者市电进行整流，得到相应的直流电。
三相逆变电路
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.2交流伺服动力系统 4.2.4交流永磁同步伺服驱动器
2. 控制单元
控制单元是整个交流伺服系统的核心,实现系统位置控制、速 度控制、转矩和电流控制器。
第四章 工业机器人动力系统
4.2交流伺服动力系统 4.2.1 交流伺服系统的分类 3.闭环伺服系统
差速移动机器人驱动控制系统设计与研究共3篇
差速移动机器人驱动控制系统设计与研究共3篇差速移动机器人驱动控制系统设计与研究1差速移动机器人驱动控制系统设计与研究一、选型差速移动机器人是一种应用广泛的移动机器人，其运动模式是通过两个驱动轮分别旋转来实现前进、后退、转向等运动，移动机器人的运动轨迹也可以控制。
首先，我们需要根据应用场景选择合适的差速移动机器人，例如需要室内、室外环境巡检、物料搬运或医疗助护等任务时，可以选择具备道路适应性、防尘防水等特点的差速移动机器人，如清华大学机器人研究所主推的Max、Astro等；或者，若要求更高的性能、定制化需求，则可考虑自主研发或委托定制。
二、系统组成一个典型的差速移动机器人驱动控制系统一般包括底盘（驱动轮、名称）、电气控制系统和上层控制系统三个部分。
1.底盘底盘是差速移动机器人驱动控制系统的基础，它由一对驱动电机、两个驱动轮、两个支撑小轮和底盘框架等组成，其中驱动电机可以是直流电机、步进电机、无刷电机等。
为保持BALANCE（平衡），支撑小轮可以根据设计需要进行安装增加，但过多的支撑小轮会影响整机的运动效果。
2.电气控制系统电气控制系统是差速移动机器人驱动控制系统的核心，它包含了电源管理、电机驱动、编码器反馈、底盘运动控制等多个子系统。
其中，电机驱动子系统需要根据电机类型的不同选择合适的电机驱动方案（通常采用H桥电机驱动器），编码器反馈子系统可以用来监测机器人运动状态，底盘运动控制子系统实现底盘的运动控制和后续应用模块的控制。
3.上层控制系统上层控制系统是差速移动机器人驱动控制系统的应用程序程序（基于嵌入式系统硬件），可以实现机器人运动模式控制、传感器信息处理、SLAM构建、路径规划、避障控制等功能。
例如，Kinetic（ROS框架提供的一个主流机器人开发SDK，具有大量现成的驱动、算法和工具包）。
三、控制策略差速移动机器人的控制策略是较为关键的，设计一个适合的控制策略可以进一步提升机器人的性能和应用领域。
第4章机器人驱动系统PPT课件
3）液压传动中，力、速度 和方向比较容易实现自动控制。
4）液压系统采用油液作介 质，具有防锈性和自润滑性能， 可以提高机械效率，使用寿命 长。
不足之处:
1）油液的粘度随温度 变化而变化，影响工 作性能，高温容易引 起燃烧爆炸等危险。 2）液体的泄漏难于克 服，要求液压元件有 较高的精度和质量， 故造价较高。 3）需要相应的供油系 统，尤其是电液伺服 系统要求严格的滤油 装置，否则会引起故 障精选。PPT课件
安全性 对环境的影响
液压驱动
防爆性能较好，用液压油作传动介 质，在一定条件下有火灾危险
液压系统易漏油，对环境有污染
气动驱动
电动驱动
防爆性能好，高于1000kPa(10个大气 压)时应注意设备的抗压性
排气时有噪声
设备自身无爆炸和火灾危险，直流 有刷电动机换向时有火花，对环境的 防爆性能较差
无
在工业机器人中应 用范围
应用:
多用于开关控制和顺序控 制的机器人中。
精选PPT课件
3
电气驱动的特点及应用
优点:
电气驱动是利用各种电 动机产生力和力矩，直接或 经过减速机构去驱动机器人 的关节，从而获得机器人的 位置、速度和加速度。因省 去中间的能量转换过程，因 此比液压和气压驱动的效率 高，且具有无环境污染、易 于控制、运动精度高、成本 低等优点。应用最广泛。
第4章 机器人的驱动系统
❖4.1 机器人的驱动方式 ❖4.2 液压驱动系统 ❖4.3 气压驱动系统 ❖4.4 电气驱动系统 ❖4.5 新型驱动器
精选PPT课件
1
4.1 机器人的驱动方式
4.1.1 概述
液压驱动的特点及应用
第四章 机器人本题基本结构
3．升降立柱下降不卡死(不自锁)的条件计算 偏重力矩是指臂部全部零部件与工件的总重量对机身回转轴的 静力矩。当手臂悬伸为最大行程时，其偏重力矩为最大。故偏重力 矩应按悬伸最大行程且最大抓重时进行计算。 根据静力学原理可求出手臂总重量的重心位置距机身立柱轴的
距离L，亦称做偏重力臂，如图4.3所示。
图4.3 机器人手臂的偏重力矩
4．陶瓷 陶瓷材料具有良好的品质，但是脆性大，不易加工成具有长孔 的连杆，与金属零件连接的接合部需特殊设计。 5．纤维增强复合材料
这类材料具有极好的E/比，而且具有大阻尼的优点，但存在
老化、蠕变、高温热膨胀以及与金属件连接困难等问题。 6．粘弹性大阻尼材料 增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方法。
图4.2 回转与俯仰机身
二、机身驱动力(力矩)计算 1．垂直升降运动驱动力的计算 作垂直运动时，除克服摩擦力之外，还要克服机身自身运动部 件的重力和其支承的手臂、手腕、手部及工件的总重力以及升降运
动的全部部件惯性力，故其驱动力Pq可按下式计算：
Pq Fm Fg W
式中：Fm为各支承处的摩擦力(N)；Fg为启动时的总惯性力(N)； W为运动部件的总重力(N)；对于式中的正、负号，上升时为正，
一、臂部的典型机构
1．臂部伸缩机构 行程小时，采用油(气)缸直接驱动；行程较大时，可采用油(气 )缸驱动齿条传动的倍增机构或步进电动机及伺服电动机驱动，也 可采用丝杠螺母或滚珠丝杠传动。 为了增加手臂的刚性，防止手臂在伸缩运动时绕轴线转动或产 生变形，臂部伸缩机构需设置导向装置，或设计方形、花键等形式 的臂杆。常用的导向装置有单导向杆和双导向杆等，可根据手臂的 结构、抓重等因素选取。
FN1h WL
FN1 FN 2 L W h Nhomakorabea要使升降立柱在导套内下降自由，臂部总重量W必须大于导
机器人的驱动系统PPT课件
二、驱动元件
2)机器人采用液压驱动元件的缺点
(1)油液的黏度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起 油液燃烧、爆炸等危险。
(2)液体的泄漏难于克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故 造价较高。
(3)需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装 置，否则会引起故障。
电动机驱动可分为普通交流电动机驱动，交、直流 伺服电动机驱动和步进电动机驱动。
普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出转矩 大，但控制性能差，惯性大，适用于中型或重型机器人。 伺服电动机和步进电动机输出转矩相对较小，控制性能好， 可实现速度和位置的精确控制，适用于中小型机器人。
二、驱动元件
4. 各种驱动元件的特点
(4)必须对油的污染进行控制，稳定性较差。 (5)液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大，造价较高。
二、驱动元件
2. 气压驱动元件
压缩空气黏度小，容易
达到高速(1 m/s)。
1
1)采用气 压驱动元 件的优点
利用工厂集中的空气 压缩机站供气，不必 添加动力设备。
空气介质对环境无污染， 使用安全，可直接应用 于高温作业。
二、电液伺服系统
图4-5 机械手手臂伸缩运动的电液伺服系统原理图
二、电液伺服系统
一、驱动方式
③外部驱动机构驱动臂部的形式。外部驱动机构驱 动臂部的形式适合于传递大转矩的回转运动，采用的传 动机构有滚珠丝杠、液压缸和气缸。
④驱动电动机安装在关节内部的形式。驱动电动机 安装在关节内部的形式称为直接驱动形式。
一、驱动方式
一、驱动方式
①滚动导轨按滚动体分为球、圆柱滚子和滚针。 ②滚动导轨按轨道分为圆轴式、平面式和滚道式。 ③滚动导轨按滚动体是否循环分为循环式和非循环式。 这些滚动导轨各有特点，装有滚珠的滚动导轨适用于 中小载荷和小摩擦的场合，装有滚柱的滚动导轨适用于重 载和高刚性的场合。受轻载滚柱的特性接近于线性弹簧， 呈硬弹簧特性；滚珠的特性接近于非线性弹簧，刚性要求 高时应施加一定的预紧力。
移动机器人硬件驱动方案的设计
表 + 单轴驱动控制类型
Байду номын сангаас
图 # 单轴驱动模式 带有升 ! 降速控制的驱动函数称之为快速 #,-./ $ 函数 ! 譬 如 % ,-./0&’()* !,-./0)’()*! 而 常 速 驱 动 函 数 则 称 之 为 1(2 驱 动 ! 如 1(20&’()* !1(20)’()*& 3434! 双轴独立驱动控制 双轴驱动是在单轴驱动模式的基础上 ! 两个运动轴能以独 立的形式进行点位运动和连续运动 & 这类驱动一般在函数名的 末尾以 ! 来指明参加运动的轴数 & 例如 1(20&’()*! 是一个双轴 同 时 独 立 做 点 位 运 动 的 函 数 !,-./0)’()*! 是 双 轴 独 立 常 速 连 续 运动的函数 & !"!"! 驱动控制流程
步进电机的正转驱动用 + 表示 ! 反转则 用 5+ 表 示 & 由 于 两 步进电机的安装方向正好相反 ! 因此在控制车轴直线前行时 ! 一 个步进电机应正转 ! 另一个步时电机则应反转 & 如果两个步进电 机均为正转或反转 ! 由于车身为圆柱型设计 ! 因此可实现车身的 原地转动运动 & 下面是一个双轴驱动直线常速运动的实例 6 代码 为 7 语言 %
.*/08(-9:08-.*;"<3+"= A2A/08(-9:;=> .*/01(2.&**: ;+6#%%=> .*/01(2.&**: ;!6#%%=> 1(20)’()*!;+6+6!65+=> ?@ 1(20)’()*!;+6+6!6+ B*/1C-9;=> .D::*20./(&!;$6!=> >?@ 设置控制板的基地址 %<3+%@? ?@ 初始化控制器的硬件和软件 @? ?@ 设置 + 轴以每秒 #%% 个脉冲常速运动 @? ?@ 设置 ! 轴以每秒 #%% 个脉冲常速运动 @? ?@ 设定 + 轴正转 !! 轴反转并以常速连续运动 @? =若设定双轴正转 ! 则可实现车身原地转动 @? ?@ 按任意键双轴停止运动 @?
机器人驱动方法
一、液压缸
F ( p1 p 2 ) Ac
Q c v Ac
二、液压马达
• 齿轮马达
二、液压马达
• 叶片型马达
二、液压马达
• 柱塞式马达
三、电液伺服阀
阀芯位移等于 挡板位移，它与输 入电流成正比。当 供油压力和负载压 力一定时，输出的 负载流量与阀芯位 移成正比。
四、液压伺服马达
电机输出转矩的最大值要不小于折算到电 电机的发热量主要来自铜耗，要求电机的额 要求电机必须能够提供负载所需的瞬时转矩 机上的负载力矩的最大值 定转矩要不小于折算到电机轴上的负载均 和转速，即能够提供克服峰值所需要的功 方根力矩 率
M M M ~ 2.5 工作在峰值下 P 1.5 m M M 其中 r M Lr M
3.4 直接驱动
• 所谓直接驱动（DD）系统，就是电动机与其所驱动的负载 直接耦合在一起，中间不存在任何减速机构。 • 同传统的电动机伺服驱动相比， DD驱动减少了减速机构， 从而减少了系统传动过程中减速机构所产生的间隙和松动， 极大地提高了机器人的精度，同时也减少了由于减速机构 的摩擦及传送转矩脉动所造成的机器人控制精度降低。而 DD驱动由于具有上述优点，所以机械刚性好，可以高速高 精度动作，且具有部件少、结构简单、容易维修、可靠性 高等特点，在高精度、高速工业机器人应用中越来越引起 人们的重视。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一节 电气驱动 一 直流电机的工作原理
直流电机的物理模型
直流电机轴向图
直流电机的原理图
将直流电机的工作原理归结如下:
(1)将直流电源通过电刷接通电枢绕组, 使电枢导体有电流流过 (2)电机内部有磁场存在 (3)载流的转子(即电枢)导体将受到电 磁力 f 的作用 f=Blia (左手定则) (4)所有导体产生的电磁力作用于转子, 使转子以n(转/分)旋转,以便拖动机械负载
二
直流电机的磁场
三:直流电机的运行特性:
机械特性
直流电机的运行特性
调节特性
四:直流电机的控制 1:直流电机的转动控制
桥式驱动电路
2:直流电机的速度控制
改变施加在电机上的电压:在低电压,低 速转动区段,电源效率会显著降低. PWM控制:给直流电机输入高速的开关脉 冲信号,通过改变脉冲信号开关的比例, 达到速度控制的效果.
PWM控制原理
3 应用实例-L298
内部结构图
L298控制的逻辑真值表4.1:
使能端 EN 控制A(IN1) H L 高电平H 低电平L * H 同高/同低 * 控制B(IN2) L 电机状态 正传 反转 刹车 自然停转
L29பைடு நூலகம்驱动电路
�