机器人控制基础与系统特点

(a) 机械特性
当U 一a 定时，随着转矩T的
增加，转速n成正比下降。 随着控制电压U a的降低，机 械特性平行地向低速度、小
转矩方向平移，其斜率保持 不变。
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2．调节特性
当T一定时，控制电 压高则转速也高，转速 的增加于控制电压的增 加成正比，这是理想的 调节特性。
调节特性
极靴；9－机座底脚； 直流电机横剖面示意图
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2．直流电机的额定值 （1）额定功率：是指轴上输出的机械功率，单 位为kW。 （2）额定电压：安全工作的最大外加电压或输 出电压，单位为V(伏)。 （3）额定电流：允许流过的最大电流，单位为 A(安)。 （4）额定转速：额定转速是指电机在额定电压、 额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机 的旋转速度，单位为rpm(转/分)。
2. 轨迹式 在弧焊、喷漆、切割等工作中，要求机
器人末端执行器按照示教的轨迹和速度运 动。如果偏离预定的轨迹和速度，就会使 产品报废。可称之为轨迹伺服控制。
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3. 力（力矩）控制方式 在完成装配、抓放物体等工作时，除要
准确定位之外，还要求使用适度的力或力 矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺 服方式。 4. 智能控制方式 详见第六章。
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3．驱动电路 由于直流伺服电机或交流伺服电机的流经电流
较大，机器人常采用脉冲宽度调制（PWM）方 式进行驱动。 4．运动特性检测的传感器
机器人运动的特性传感器用于检测机器人运动 的位置、速度、加速度等参数。 5．控制系统的硬件
机器人的控制系统是以计算机为基础的，机器 人控制系统的硬件系统采用的是二级结构——协 调级和执行级。 6．控制系统的软件
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三、直流伺服电机 机器人对直流伺服电机的基本要求：
•宽广的调速范围 •机械特性和调速特性均为线性 •无自转现象（控制电压降到零时，伺服电动机 能立即自行停转） •快速响应好
直流伺服电机：传统型和低惯量型两种类型。 传统型按定子磁极的种类分为两种，永磁式和 电磁式。永磁式的磁极是永久磁铁；电磁式的磁 极是电磁铁，磁极外面套着励磁绕组。
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低惯量分为盘形电枢直流伺服电机、 空心杯电枢永磁式直流伺服电机及无槽电 枢直流伺服电机。
1一定子；2一转子 图5－3 盘型直流电机结构
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• 1一转子(导线绕6空心杯1)；2一内定子； 3一外定子；4一磁极；5一气隙；6—导 线；7一内定子中的磁路 • 图5－4 杯型直流电机结构
T T1时，始动电压为 U 1
一般把调节特性曲线上横坐标从零到始动电
压这一范围称为失灵区。在失灵区以内，即使 电枢有外加电压，电机也不能转动。
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四、交流伺服电机 直流电机本身存在不足
•机械接触式换向器结构复杂； •在运行中容易产生火花； •换向器的机械强度不高； •电刷易于磨损； •不适于有粉尘、腐蚀性气体和易燃易爆气 体的场合； •对于一些大功率的输出要求不能满足要求。
线性的机械特性和快速响应等性能，除此以外， 还应无“自转”现象。
当 U c =0时，电机应当停止旋转，而实际情况是，
当转子电阻较小时，两相异步电机运转起来后，
若控制电压 =0U，c 电动机便成为单项异步电机
继续运行，并不停转，出现了所谓的“自转”现 象，使自动控制系统失控。
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在电枢控制方式下，直流伺服电机的主 要静态特性是机械特性和调节特性。 1．机械特性 直流伺服电机的机械特性公式，
nC U Ta C eC R T2n0C eC R T2T
n 0 ——电机的理想空载转速；R——电枢电阻；
C e ——直流电机电动势结构常数； ——磁通；T——转矩。 C T ——转矩结构常数； 机器人的控制基础和系统特点
随着状态的不同和外力的变化，其参数也在变化，各 变量之间还存在耦合。 5）机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成， 因此存在一个“最优”的问题。
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二、机器人的控制方式
1. 点位式 很多机器人要求能准确地控制末端执行
器的工作位置，而路径却无关紧要。例如， 在印刷电路板上安插元件、点焊、装配等 工作，都属于点位式工作方式。
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三、机器人控制的基本单元
机器人控制系统的基本要素包括电动机、 减速器、运动特性检测的传感器、驱动电 路、控制系统的硬件和软件。 1．电动机
驱动机器人运动的驱动力，常见的有液 压驱动、气压驱动、直流伺服电机驱动、 交流伺服电机驱动和步进电机驱动。 2．减速器 减速器是为了增加驱动力矩，降低运动速 度
机器人的控制基础 和系统特点
机器人的控制基础和系统特点
第一节 概 述 一、机器人控制系统的特点 1）机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。 2）机器人有多个自由度。每个自由度一般包含一个伺服
机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。 3）机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。同时，
计算机软件担负着艰巨的任务。 4）描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，
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交流伺服电机 • 结构简单，制造方便，价格低廉，而且
坚固耐用，惯量小，运行可靠，很少需 要维护，可用于恶劣环境等优点，目前 在机器人领域逐渐有代替直流伺服电机 的趋势。
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1. 交流伺服电机的结构 交流伺服电机为两相异步电动机，一相为励
磁绕组，另一相为控制绕组，转子为鼠笼型。 交流伺服电机也必须具有宽广的调速范围、
2. 交流伺服电机的转子有三种结构型式： （1）高电阻率导条的鼠笼转子
对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制 和机器人与人的信息交换等功能。
机器人的控制基础和系Baidu Nhomakorabea特点
第二节 伺服电机的原理与特性
机器人的控制基础和系统特点
一、直流电机的工作原理
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二、直流电机的结构和额定值 1．直流电机的结构
1－电枢绕组；2－电枢铁心；3－机座；4－主磁极铁心； 5－励磁绕组；6－换向极绕组；7－换向极铁心；8－主磁极