机器人概论 机器人的动力与驱动
机器人概论第三章 机器人的动力与驱动
机器人概论第三章机器人的动力与驱动随着科技的迅速发展，机器人已经逐渐走入了人们的生活中。
机器人的动力与驱动系统是其能够行动和工作的基础。
本文将介绍机器人动力与驱动的概念、种类以及应用。
一、机器人动力与驱动的概念机器人动力与驱动系统是机器人能够产生动力和运动能力的关键部分。
它通过驱动机体的各个部件，使得机器人能够执行各种操作和任务。
从根本上来说，机器人动力与驱动包括两个方面：动力系统和驱动系统。
动力系统是机器人的能量来源，可以通过电力、气压或液压等方式提供机器人的动力。
而驱动系统则是将动力传递给机器人各个部件的机构。
二、机器人动力的种类机器人的动力可以分为以下几种类型：1. 电动动力：电动机是机器人中最常见的动力源之一。
通过电源供给电动机，通过电磁感应原理产生磁场，进而驱动机械部件的运动。
电动机具有结构简单、可控性高等特点，在机器人中得到广泛应用。
2. 液压动力：液压系统利用流体的力学性质传递动力。
通过液压泵将流体送入液压马达或液压缸中，产生高压力使得机械部件运动。
液压动力具有传动效率高、承载能力大等优点，广泛应用于需要大扭矩和大力的机器人。
3. 气动动力：气动系统以气体为介质传递能量。
通过气压产生作用力，驱动机械部件的运动。
气动动力具有结构简单、响应快速等优势，在一些对响应速度和重量要求较高的应用中得到广泛应用。
三、机器人驱动系统的种类机器人的驱动系统可以根据其机构分类：1. 电力传动：电力传动是机器人中最常见的驱动方式之一。
通过电动机驱动齿轮、皮带等进行机械传动，将动力传递给机器人各个关节实现运动。
2. 液压传动：液压传动通过液压泵、阀门等控制液压系统，实现对各个机械部件的驱动。
3. 气动传动：气动传动通过空气压力控制，通过气压驱动气缸或气动执行器，实现机器人运动。
四、机器人动力与驱动在实际应用中的意义机器人动力与驱动系统在实际应用中起着至关重要的作用。
首先，合理的动力与驱动系统设计能够提高机器人的工作效率和性能。
机器人技术 第一章 概论
分析：完成电路板插件的机器人最少要几个自由度？
• 机器人的关节
滑动关节（Prismatic）－气缸、液压缸、电机； 转动关节（Rotate）－电机（伺服、步进、直流）
第一章 概论
机器人的自由度和关节
实例
算自由度只算到 腕关节；
转动自由度的转 角范围各不相同；
日本三菱公司产MOVEMASTER-EX 五自由度机器人
…
机器人结构
机器人的结构 ( The Structure of Robot )
简单地说，机器人主要由执行机构、驱动和传动装臵、 传感器和控制器四大部分构成（如图）。
记忆、示 教装置
控制 装置
驱动 装置
传感 器
工业机器人系统结构
关节－舵机原理
第一章 概论
机器人的组成
工业机器人是机电一体化的系统，它由 以下几个部分组成： 1、执行机构 2、机械本体 3、控制系统 4、检测系统
确定必经点
处理器
根据函数，求解逆运动学方程
(t ) (t ) i (t ) i i
关节
确定位置、速度等已知条件 推导位移、速度、加速度等函数
S S (t )
末端操作器
V V (t )
a a(t )
PID关节 控制器
驱动器及 机械本体
传感器
第一章 概论
机器人的自由度和关节
剧中的人造劳动者取名为 Robota ，捷克语的意思 是“苦力”、“奴隶”。英语的Robot一词就是由此而 来的，以后世界各国都用Robot作为机器人的代名词。
机器人的发展历史
( The Developing History of Robots )
•古代“机器人”——现代机器人的雏形
机器人行走的机械原理
机器人行走的机械原理
机器人行走的机械原理可以通过以下几个方面来解释：
1. 步进电机原理：机器人的腿部通常由多个步进电机驱动，步进电机可以通过电脉冲的控制来精确地控制腿部的运动。
每个步进电机可以按照预设的步距和步频移动，从而实现机器人的行走。
2. 杠杆原理：机器人的身体通常由多个杠杆连接而成，杠杆的长度和位置可以决定机器人行走的稳定性和速度。
通过调整杠杆的长度和角度，可以改变机器人行走的步幅和步频。
3. 传动装置原理：机器人的步行通常需要使用传动装置来将电机的旋转转化为腿部的运动。
常见的传动装置包括齿轮传动、链条传动和皮带传动等。
这些传动装置可以将电机的高速旋转转换为腿部的低速高扭矩运动，从而保证机器人能够行走。
4. 重心控制原理：机器人行走时需要保持稳定的重心。
通过调整机器人身体的重心位置，可以控制机器人的姿态和行走的稳定性。
一些机器人还配备了陀螺仪和加速度计等传感器，通过实时监测机器人的倾斜状态来进行重心控制。
5. 控制系统原理：机器人的行走通常由一个控制系统来控制。
控制系统根据传感器的反馈信息，通过算法对电机进行控制，从而实现机器人的行走。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
不同的控制算法可以根据实际需求来选择，以实现机器人行走的稳定性和灵活性。
机器人动力学名词解释
机器人动力学名词解释机器人动力学是研究机器人运动和力学特性的学科。
它涉及到描述机器人运动的数学模型、力学原理和控制算法等方面的知识。
下面我将从多个角度对机器人动力学进行解释。
1. 机器人动力学的定义，机器人动力学是研究机器人运动学和力学学科的一部分，它主要关注机器人的运动规律、力学特性以及运动控制等方面的问题。
2. 机器人运动学和动力学的区别，机器人运动学研究机器人的几何特性和位置关系，而机器人动力学则研究机器人的运动过程中所涉及的力学原理和力的作用。
3. 机器人动力学的重要性，机器人动力学是实现机器人精确控制和运动规划的基础。
通过研究机器人动力学，可以了解机器人在不同工作状态下的运动特性，为机器人的控制算法和路径规划提供理论支持。
4. 机器人动力学模型，机器人动力学模型是描述机器人运动和力学特性的数学模型。
常用的机器人动力学模型包括欧拉-拉格朗日方程、牛顿-欧拉方程等。
这些模型可以描述机器人的运动学和动力学特性，并用于机器人的控制设计和仿真研究。
5. 机器人动力学的应用领域，机器人动力学广泛应用于工业机器人、服务机器人、医疗机器人等领域。
在工业机器人中，机器人动力学可以用于路径规划、轨迹控制和碰撞检测等任务。
在服务机器人和医疗机器人中，机器人动力学可以用于实现精确的操作和运动控制。
6. 机器人动力学的挑战和研究方向，机器人动力学研究面临着复杂的多体动力学问题、非线性控制问题和实时性要求等挑战。
当前的研究方向包括机器人动力学建模与仿真、动力学控制算法设计、力觉反馈控制等。
总结起来，机器人动力学是研究机器人运动和力学特性的学科，涉及机器人的运动规律、力学特性和运动控制等方面的内容。
它在机器人控制、路径规划和仿真等领域具有重要的应用价值。
第1章机器人概论
第1章机器人概论
机器人是一种特殊的机械系统，在他们的内部，通过软件、硬件的结合，来实现任务的自动化完成。
机器人的特点是在输入指令的情况下，可以根据程序自动执行任务，并能够利用相关信息自主地作出反应。
自动化工厂中机器人占据重要的地位，从自动焊接机器人到大型仓储机器人，近年来，机器人的应用得到了迅速的发展，可以实现各种任务的自动化，并有望实现更高效、更精准的完成。
二、机器人的分类
机器人可以按照运动形态分为机械机器人和柔性机器人，也可以根据功能来划分为抓取机器人、装配机器人、搬运机器人、喷涂机器人、焊接机器人、管理机器人等；另外，机器人还可以根据应用行业种类来分类，包括电子机器人、食品行业机器人、工业机器人等。
三、机器人的发展现状
目前，机器人已经在许多领域实现了应用，如电子行业的自动焊接机器人已经取得较大的成功；在汽车生产领域，已经大量应用了机器人，来实现搬运、装配、焊接等任务；在家庭的清洁和安全管理领域，家用清洁机器人和安防机器人都已经投入使用。
随着机器人技术的不断提高，未来应用范围也将进一步扩展，使机器人在社会各个领域得到广泛应用。
工业机器人概论论文
机器人概论学院：机电工程专业：机械设计制造制造及其自动化学号：***************工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
工业机器人按臂部的运动形式分为四种。
直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。
工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。
点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。
工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。
编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。
示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。
在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。
示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。
具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。
它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。
一，机器人技术发展进程、现状及发展趋势机器人技术的发展经历:1920年捷克作家卡雷尔·查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中最早使用机器人一词。
工业机器人技术基础第2章 工业机器人的数学基础
根据此定义与微分的基本性质，可得如下关系式：
def d da dA (aA) A a dt dt dt
def d dA dB ( A B) dt dt dt
def d dA dB ( AB) B A dt dt dt
上式中： a为时间函数的标量； A与B 均为时间函数的矩阵，它们满足 矩阵运算的条件。
4 2 0
2 2 1
0 1 3
如果n阶矩阵A=（aij）的元素满足aij= aji（i，j=1，2，，n），则称 A为n阶反对称矩阵。显然，故aii=0（i=1，2，，n）
如：
0 1 2
1 0 3
2 3 0
第二章 工业机器人的数学基础
对于单位矩阵E,容易验证 EmAmn = Amn ， AmnEn = Amn 。 有了矩阵的乘法，就可以定义n阶方阵的幂。设A是n阶方阵，定义 A1 = A，A2 = A1 A1， ，Ak+1 = AkA1 ， 其中k为正整数。这就是说，Ak就是k个A相乘。显然，只有方阵的幂才有 意义。由于矩阵乘法适合结合律，所以方阵的幂满足以下运算规律： AA = A+ ，(A) = A 不过，一般 (AB)k AkBk。
b1 b B 2 bn
第二章 工业机器人的数学基础
工业机器人技术基础
例2 求AB和BA。其中
1 A 1
解：
1 1 ,B 1 1
1 1
1 AB 1 1 BA 1
1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 2` 2 1 1 1 2 2
a1n b1n a2 n b2 n amn bmn
工业机器人技术基础 第2版 第1章 工业机器人概论
第1章 工业机器人概论
1.1 工业机器人定义及其发展
工业机器人由来
机 器 人 （ Robot ） 一 词 来 源 于 捷 克 斯 洛 伐 克 作 家 Karel Capek（卡雷尔.萨佩克） 1921年创作的一个名为“Rossums Uniersal Robots”（罗萨姆万能机器人）的剧本。在剧本中， Capek 把在罗萨姆万能机器人公司生产劳动的那些家伙取名为 “Robot”（汉语音译为“罗伯特”），其意为“不知疲倦的 劳动”。 Capek把机器人定义为服务于人类的家伙，机器人的 名字也正式由此而生。后来，机器人一词频繁出现在现代科幻 小说和电影中。
KUKA过山车机器人
激光焊接机器人
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
3、安川工业机器人介绍
1977年安川电机运用独自的运动控制技术开发生产出了日本第一 台全电气化的工业用机器人“莫托曼1号”，此后相继开发了焊 接、装配、喷漆、搬运等各种各样的自动化作用机器人，并一直 引领着全球产业用机器人市场。
第1章 工业机器人概论
工业机器人技术基础
1.1 工业机器人定义及其发展 工业机器人定义 定义虽不同，但有一定的共性，即：
工业机器人是由仿生机械结构，电机、减速机和控制系统组成的，用 于从事工业生产，能够自动执行工作指令的机械装置。它可以接受人类指 挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代工业机器人还可以根据人工智 能技术制定的原则和纲领行动。
ABB的领先不光体现在其所占有的市场份额和规模，还包 括其在行业中敏锐的前瞻眼光。
世界上第一台喷涂机器人
世界上第一台工业机器人
ABB的应用
第1章 工业机器人概论
库卡（KUKA）工业机器人介绍
工业机器人技术基础
概论课 机器人介绍讲解
确认键
认识乐高EV3系列教具
串口（A、B、C、D）
控制器（主机）——
串口（A、B、C、D） 连接电机
串口（１、２、３、４） 连接传感器
串口（1、2、3、4）
认识乐高EV3系列教具
认识乐高EV3系列教具
电 脑 编 程——赋予机器人命令
认识乐高EV3系列教具
设计制作机器人的步骤 １、草图构思 ２、结构搭建 ３、编写程序 ４、测量调试
什么是机器人
什么是机器人
1、人类设计制造的 2、帮助人类解决问题 3、自动完成任务 4、是机器 5、是人类的好朋友
机器人（Robot）——自动执行任务的机器。
什么是机器人
机器人的任务是协助、取代人类工作，例如工厂里、 建筑工地和一些危险的工作。
排爆机器人
“全球鹰”无人侦察机 伐木机器人
什么是机器人
机器人（ robot ）一词首次出现是在1920年捷克作家 卡雷尔·恰佩克（Karel Capek，1890—1938）发表的科幻 剧中。
那机器人有没有什么不好的地方呢？
什么是机器人
科幻小说家艾萨克·阿西莫夫在 小说中所订立的“机器人三定律”。 规定所有机器人必须遵守：
一、机器人不得伤害人类，或袖手旁观坐视人类受到伤害； 二、在遵守第一法则前提下，机器人必须服从人类的命令； 三、在遵守第一、第二法则前提下，机器人必须保护自己。
科学研究
月 球 行 走 机 器 人
人 造 卫 星
我们和机器人
认识乐高EV3系列教具
传感器与主机
零件
认识乐高EV3系列教具
触碰传感器—— 开关或按键，有0和1两种状态
光电传感器—— 能够感知物体的颜色和光线的亮度
第6章_机器人驱动与控制技术
给定位置
位置控制器
位置反馈
功率放大
电流反馈
速度反馈
M
光电码盘
19
微型伺服电机工作示例
20
减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带 动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位 器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线 路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号 比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向 地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符， 令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确 定位的目的。
16
机器人的主要控制层次 分三个层次：人工智能级、控制模式级、伺服系统级
1）人工智能级 完成从机器人工作任务的语言描述 生成X(t)； 仍处于研究阶段。
2）控制模式级 建立X(t) T(t)之间的双向关系。
X(t) (t) C(t) T(t)
电机模型 传动模型 关节动力学模型 机器人模型
T(t)
机器人技术概论
第三章 机器人驱动与控制技术
第一节 驱动电机 第二节 位置控制
1
第一节 驱动电机
驱动器就是驱动机器人运动的部件，最常用的 是电机，此外还有液压、气动等驱动方式。
一个机器人最主要的控制量就是控制机器人的 移动，无论是自身的移动还是手臂等关节的移 动，所以机器人驱动器中最根本的问题就是控 制电机。控制电机转的圈数，就可以控制机器 人移动的距离和方向，机械手臂的弯曲的程度 或者移动的距离等。
31
插补方式： • 定时插补 每隔一定时间插补一次，插补时间间隔Ts一般不超过25ms • 定距插补 每隔一定距离插补一次，可避免快速运动时，定时插补造成的轨迹失真。 但也受伺服周期限制。 插补算法： • 直线插补 将两示教点之间按照直线规律计算中间点坐标。 •圆弧插补 按圆弧规律计算中间点。
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
机器人概论.
南京工业大学公选课机器人概论机器人(Robot 是自动执行工作的机器装置。
它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序, 也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动 .现在, 国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。
一般说来, 人们都可以接受这种说法, 即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。
随着高新技术的发展, 各种类型的军用机器人已经大量涌现, 一些技术发达的国家相继研制了智能程度高、动作灵活、应用广泛的军用机器人。
目前军用机器人主要是作为作战武器和保障武器使用。
在恶劣的环境下, 机器人的承受能力大大超过载人系统, 并且能完成许多载人系统无法完成的工作, 如运输机器人可以在核化条件下工作, 也可以在炮火下及时进行战场救护。
在地面上,机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷;在波黑战场上, 无人机大显身手;在海洋中,机器人帮助人清除水雷、探索海底秘密;在宇宙空间,机器人成了火星考察的明星。
机器人的历史并不算长, 1959年美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人,机器人的历史才真正开始。
英格伯格在大学攻读伺服理论, 这是一种研究运动机构如何才能更好地跟踪控制信号的理论。
德沃尔曾于 1946年发明了一种系统,可以“重演”所记录的机器的运动。
1954年 , 德沃尔又获得可编程机械手专利, 这种机械手臂按程序进行工作, 可以根据不同的工作需要编制不同的程序, 因此具有通用性和灵活性, 英格伯格和德沃尔都在研究机器人, 认为汽车工业最适于用机器人干活,因为是用重型机器进行工作,生产过程较为固定。
1959年,英格伯格和德沃尔联手制造出第一台工业机器人。
机器人分类 :关于机器人如何分类, 国际上没有制定统一的标准, 有的按负载重量分, 有的按控制方式分,有的按自由度分,有的按结构分,有的按应用领域分。
一般的分类方式:1. 示教再现型机器人通过引导或其它方式, 先教会机器人动作, 输入工作程序, 机器人则自动重复进行作业。
机器人技术概论PPT完整全套教学课件精选全文完整版
由于当时技术条件的限制，这些玩偶都是身高一米的巨型玩具。现在保留下来的最早的机器人是瑞士努萨蒂尔历史博物馆里的少女玩偶，它制作于二百年前，两只手的十个手指可以按动风琴的琴键弹奏音乐，现在还定期演奏供参观者欣赏，展示了古代人的智慧。
19世纪中叶自动玩偶分为2个流派，即科学幻想派和机械制作派，并各自在文学艺术和近代技术中找到了自己的位置。1831年歌德发表的《浮士德》，塑造了人造人“荷蒙克鲁斯”。1870年霍夫曼出版了以自动玩偶为主角的作品《葛蓓莉娅》。1883年科洛迪的《木偶奇遇记》问世。1886年《未来的夏娃》问世。在机械制作方面，1893年摩尔制造了“蒸汽人”，“蒸汽人”靠蒸汽驱动双腿沿圆周走动。
二、 现代机器人
图1-5所示为水下机器人。将机器人技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——智能化机器，如仿生机器人、可重构机器人等。当前与信息技术的交互和融合又产生了“软件机器人”“网络机器人”等新名词，这也说明了机器人所具有的创新活力。
“工欲善其事，必先利其器”，人类在认识自然、改造自然、推动社会进步的过程中，不断地创造出各种各样为人类服务的工具，其中许多具有划时代的意义。作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。世间万物，人力是第一资源，这是任何其他物质不能替代的。我们完全有理由相信，像其他许多科学技术的发明发现一样，机器人也将成为人类的好助手、好朋友。
按机械结构
和串联机器人相比较，并联机器人具有以下特点：
（1） 无累积误差，精度较高；（2） 驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度快，动态响应好；（3） 结构紧凑，刚度高，承载能力大；（4） 完全对称的并联机构具有较好的各向同性；（5） 工作空间较小。
机器人概论第三章 机器人的动力与驱动
微波供电方式，也即电磁能供电方式。
电池供电方式的缺点在于：电池的电能与体积和重量成正 比，因此，自治移动式机器人对电池小型化和轻型化的要 求，与其对电池长时间供电的要求，是矛盾的。 电缆供电方式的缺点在于：它妨碍机器人的自主移动。
微波供电方式，是一种无线能量供给方式，它效仿太阳向 地球输送能量的方式，利用GHz带宽的微波向机器人提供 能量，特别适用于小型或微型机器人，如：能进入人体的 手术机器人。 目前，这种所谓的宇宙能传送方式还未进入实用阶段，然 而，有关微型飞行机器人的能量传送试验已取得进展。
变频技术的应用，使交流伺服电机变成了无刷直流电机。 无刷直流电机广泛应用于自主移动式机器人。
03 机器人的电动力系统
3.2 机器人与步进电机
步进电机能将数字脉冲信号变换为角位移信号，每当接收 到一个脉冲信号，步进驱动器就按设定的方向转动一个微 小的角度。
步进电机的特征是：
如果给步进电机输入一个脉冲，电机转子就转过一定的 角度，称之为“一个步长的转动”，其转过的角度被称 为：步距角（Step Angle）；
Pc：控制信号，由 DSP发送的PWM电信号。
P出m的：P采动直p用力：流锂。主电电动机池力输。源，
Pa：控制动力，是对 Pc 放 Pu：经传动系统（减速 大后驱动电机的电压量。 器）将Pm转换成驱动轮
系的机械动力。 两轮机器人动力系统的构成
03 机器人的电动力系统
3.1 机器人电动力系统的类型
电动力系统的动力，自然，来自电动机，或称电动马达 （Electric Motor）机 然，器而主人，要可电有以动有力4 各系种种统类各是型样机：的器动人力，源特和别动是力自系主统移，
步进电机（Ste动pp式in机g 器M人ot，or最）常：用控的制驱性动能系好统。，定位精度 高，负载能力稍差； 直流伺服电机（Direct Current Motor）：易于控制，有 一定负载能力，电刷和整流子易引起摩擦损耗； 交流伺服电机（Alternate Curent Motor）：性能和效率 与DC电机相似，无需整流子和电刷，需交流推动； 直接驱动电机（Direct Drive Motor）：没研究过。
机器人学通俗易懂的书籍
机器人学通俗易懂的书籍机器人学是一个涉及多学科的领域，包括机械工程、电子工程、计算机科学和人工智能等。
对于非专业人士来说，了解机器人学可能会感到有些困难，但是有些通俗易懂的书籍可以帮助读者更好地理解机器人学的基本概念和原理。
本文将推荐一些适合初学者的机器人学书籍，帮助读者打开机器人学的大门。
1.《机器人学概论：自己制造机器人》作者：吴家丽本书是一本面向初学者的机器人学入门书籍。
作者通俗易懂地介绍了机器人学的基本概念、机器人的运动学和动力学、机器人的感知与控制等内容。
书中还提供了一些简单的机器人制作项目，帮助读者动手实践，加深对机器人学的理解。
2.《机器人学概论》作者：陈申，林清，高思源这本书是一本综合性的机器人学教材，适合作为大学机器人学课程的教材。
但是由于作者使用了通俗易懂的语言和丰富的示意图，这本书也非常适合初学者阅读。
书中涵盖了机器人的机械结构、传感器、控制系统等方面的知识，并且提供了一些例子和练习题，帮助读者更好地理解和掌握机器人学的知识。
3.《机器人学：基础、建模与控制》作者：Spong、Hutchinson、Vidyasagar这本书是机器人学领域的经典教材之一。
作者从数学的角度出发，介绍了机器人学的基本理论和方法。
书中涵盖了机器人的运动学、动力学、轨迹规划、传感器和感知、控制等方面的内容。
虽然这本书的理论性较强，但是作者的讲解方式非常清晰，适合有一定数学基础的读者学习。
4.《机器人学导论》作者：马婧这本书是一本介绍机器人学基础知识的通俗读物。
作者从机器人的历史发展、机器人学的基本概念、机器人的感知与控制等方面进行了阐述。
书中使用了大量的实例和图示，帮助读者更好地理解机器人学的相关概念和原理。
此外，书中还介绍了一些前沿的机器人技术，让读者对机器人的未来发展有更深入的了解。
5.《机器人学原理与应用》作者：陈述文这本书是一本综合性的机器人学教材，适合大学机器人学课程的学习。
书中系统地介绍了机器人学的基本概念、机器人的运动学和动力学、机器人的感知与控制、机器人的规划与决策等内容。
机器人构造和工作原理
机器人构造和工作原理
机器人是一种自动化设备，它由各种构造和部件组成，以完成特定的工作任务。
机器人的工作原理可以分为几个方面。
首先，机器人的构造通常包括机械部件、电子部件和控制系统。
机械部件主要由关节、驱动装置和传感器组成，用于实现机器人的运动和操作。
电子部件包括传感器、执行器和计算装置，用于感知并响应外部环境变化。
控制系统则负责整合和协调机械部件和电子部件的工作，使机器人能够按照预先设定的程序执行任务。
其次，机器人的工作原理涉及感知、决策和执行三个主要步骤。
感知是指机器人通过各种传感器获取外部环境的信息，如视觉传感器用于视觉感知、触觉传感器用于接触感知等。
决策是指机器人根据感知到的信息进行处理和判断，产生相应的行为策略。
执行是指机器人根据决策结果，通过控制执行器实现具体的运动和操作。
最后，机器人的工作原理还包括自主性和学习能力。
自主性是指机器人具有一定的自主性和自主决策能力，能够根据环境变化灵活调整行为策略。
学习能力是指机器人通过学习和反馈，逐渐提高自身的执行能力和适应能力。
总之，机器人的构造和工作原理涉及多个方面，包括机械部件、电子部件、控制系统、感知、决策、执行、自主性和学习能力等，这些构成了机器人完成工作任务的基础模块和流程。
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03 机器人的电动力系统
3.2 机器人与步进电机
步进电机能将数字脉冲信号变换为角位移信号，每当接收 到一个脉冲信号，步进驱动器就按设定的方向转动一个微 小的角度。
步进电机的特征是：
如果给步进电机输入一个脉冲，电机转子就转过一定的 角度，称之为“一个步长的转动”，其转过的角度被称 为：步距角（Step Angle）；
05 动力系统功率放大器
5.1 关于机器人动力的放大
然而，D/A 口和 PWM 口传送的控制信号是微弱的，一般 不能直接推动动力装置。 为了驱动动力装置，需要对控制信号 Pc 进行放大，这就 是功率放大器存在的价值和必要性。
其实，在电气电子系统（如：收音机，电视机，电风扇等） 中，功率放大电路是常见的，并且，形式多样。
肢人因 体机此 的械， 精臂步 确和进 控机电 制械机 。腿实
等现 机机 械器
03 机器人的电动力系统
3.3 机器人与直流电机
一般移动式机器人通常采用中小型的直流电动机驱动。
以电磁式直流电动机为例，主要由永久磁体和电枢构成。 电枢又称转子，包括转轴、铁芯和缠绕在铁芯上的线圈。
当电流 i 流经线圈 abcd 时，铁芯周围便形成磁场，导线 ab 和 cd 受到电磁力 F 的作用，形成转动力矩，驱使电枢 转动。
05 机器人与电池
5.1 关于移动式机器人的电池
在自治移动式机器人系统中，最常见的是电动力机器人。 在电动力自治移动式机器人各种供电方式中，电池供电时 最常见的供电方式。 电池一般可分为三类：
化学电池：1）一次电池，2）二次电池（蓄电池），3） 燃料电池； 物理电池：1）太阳能电池，2）热电动势电池； 生物电池：1）氧化电池，2）微生物电池。
P常c：是电控动制力信的号。，P大通a，：可控Pd以制：是动消电力耗动，的力是动的对力P的，。mP动P经：液cu力传：发的动。动驱动力放系动机统肢输将体出P的m动转力换成， 机的器，人或动气力动系力统的的。构成了：机械动力。
02 机器人的动力系统
2.2 机器人动力系统实例
两轮机器人的动力系统如下图所示，采用直流伺服电机， 驱动机器人的轮系。
01 机器人的动力源
1.3 机器人的特殊动力源
除常规动力源之外，还存在诸多特殊的动力源，可用作机 器人的驱动力，其中一些可能预示着自主移动式机器人动 力源今后的发展方向，如：
超声波电机：用超声波激励弹性体定子，使其表面形成 椭圆运动，转子因而在摩擦力的作用下获得推力。 橡胶驱动器：利用橡胶等弹性结构体的形变产生动力， 可实现：柔性微驱动器，人工肌肉，人工手指等。 静电驱动器：利用带电体之间的静电力实现驱动，如： 静电摆动电机，步进直线驱动器，薄膜静电驱动器等。 磁流体驱动器：磁流体是能与磁铁产生反应的流体，利 用磁流体中非磁体的运动，可产生动力。
3.4 机器人与交流电机
在无刷DC电机中，逆变器将直流电（DC）变换为交流电 （AC），然后，施加给交流同步电机。
AC
电
路 原 理 图
伺 服 电 机
驱
动
系
统
无刷DC电机=逆变器+AC同步电机
04 机器人的供电方式
4.1 电池供电方式
电池是自治移动式机器人最常用的动力源。
采用电池供电方式，意味着：动力源可以直接安放在自治 移动式机器人本体上，随机器人本体一起迁徙或移动。
05 动力系统功率放大器
5.2 功率运算放大器
运算放大器（Operational Amplifier，OP）是我们大家熟 悉的，它在机器人技术，传感技术，和控制系统中，是十 分重要的元件。特别地，运算放大器在功率放大器中扮演 着重要角色。 理想的运算放大器，其输出阻抗为零，这意味着：运算放 大器的输出电流可以任意大。 功率 OP 放大器与一般的 OP 放大器几乎没有什么区别。 不同之处仅仅在于输出电流的电路部分。 市场上的功率 OP 放大器一般可输出 1A 左右的电流，特 殊的可输出3-10A 的电流。 功率 OP 放大器充当功率放大器的优点在于：功率 OP 放 大器本身兼有控制器，易于设计和安装。
自治移动式机器人， 在较小的或限定的范 围内移动，或在实验 室内试验时，也可由 电缆提供电动力，实 现驱动。
美国的 BigDog 在实 验室内试验时，就采 用了电缆供电。
04 机器人的供电方式
4.3 发电机供电方式
发动机，如：汽油机和柴油机，一方面，可直接地作为动 力源，驱动机器人运动；另一方面，又可以带动发电机发 电，为机器人提供电能。 在一般环境中移动的机器人，可采用汽油机或柴油机驱动 发电机，再通过电缆为电动机器人提供动力。 例如：在消防系统中，由发动机带动发电机的专用电源车， 既为照明系统提供电源，又为灭火机器人和搜救机器人提 供电动力。 这时，机器人随电源车一起移动，电源车的电源通过电缆 向机器人输送电动力。
步进电机（Ste动pp式in机g 器M人ot，or最）常：用控的制驱性动能系好统。，定位精度 高，负载能力稍差； 直流伺服电机（Direct Current Motor）：易于控制，有 一定负载能力，电刷和整流子易引起摩擦损耗； 交流伺服电机（Alternate Curent Motor）：性能和效率 与DC电机相似，无需整流子和电刷，需交流推动； 直接驱动电机（Direct Drive Motor）：没研究过。
光电池工作原理
实际上，所谓正电子， 就是失去电子而带正 电的空穴。
充电时，受光照射，电子向 n 型半导体扩散进入空穴，犹 如低处的水注入蓄水池积蓄了势能。
放电时，电路接通犹如蓄水池的闸门开启，电子向 p 型半 导体运动，从而形成由负极流向正极的电流。
05 动力系统功率放大器
5.1 关于机器人动力的放大
即：
(t)u(t)/KE
其中，KE为反电动势常数，这意味着，控制加载到电枢 线圈的电压u(t) ，就能控制电机的旋转速度。
03 机器人的电动力系统
3.4 机器人与交流电机
交流电机主要有三种形式： 鼠笼式感应型电机 交流整流子型电机 同步电机
在机器人系统中，一般采用永久磁铁转子的同步电机，这 就是交流伺服电机。
动力系统
电机 液压 电机 液压 电机 气动 液压 电机 气动
特定区域 室内 室外
特殊驱动器 电机
动力源 电源电缆 电源电缆 发动机 电池 气罐 发动机 电池 气罐
微波 电池
01 机器人的动力源
1.2 机器人的常规动力源
电动力系统：或电驱动系统（Electric Actuator），是以 电动机为驱动器的动力系统，如：步进电机，直流电机， 交流电机。
Pc：控制信号，由 DSP发送的PWM电信号。
P出m的：P采动直p用力：流锂。主电电动机池力输。源，
Pa：控制动力，是对 Pc 放 Pu：经传动系统（减速 大后驱动电机的电压量。 器）将Pm转换成驱动轮
系的机械动力。 两轮机器人动力系统的构成
03 机器人的电动力系统
3.1 机器人电动力系统的类型
电动力系统的动力，自然，来自电动机，或称电动马达 （Electric Motor）机 然，器而主人，要可电有以动有力4 各系种种统类各是型样机：的器动人力，源特和别动是力自系主统移，
机器人技术概论
Introduction to Robotic Technology
第三章 机器人的动力与驱动
(Power and Drive of Robots)
01 机器人的动力源 02 机器人的动力系统 03 机器人的电动力系统 04 机器人的供电方式 05 机器人与电池 06 机器人动力系统的功率放大器
04 机器人的供电方式
4.4 微波供电方式
微波供电方式，也即电磁能供电方式。
电池供电方式的缺点在于：电池的电能与体积和重量成正 比，因此，自治移动式机器人对电池小型化和轻型化的要 求，与其对电池长时间供电的要求，是矛盾的。 电缆供电方式的缺点在于：它妨碍机器人的自主移动。
微波供电方式，是一种无线能量供给方式，它效仿太阳向 地球输送能量的方式，利用GHz带宽的微波向机器人提供 能量，特别适用于小型或微型机器人，如：能进入人体的 手术机器人。 目前，这种所谓的宇宙能传送方式还未进入实用阶段，然 而，有关微型飞行机器人的能量传送试验已取得进展。
动力，是驱动机器人的源泉，是机器人的 能量流动和信息流动的源泉，是机器人活 性的源泉。
01 机器人的动力源
1.1 不同类型的机器人可以有不同的动力源
机器人类型 机械臂 搬运机器人 建筑机器人 救助机器人
小型移动式 机器人 微型机器人 仿人机器人
运动空间 车间内 车间内 室外 室内 室外
室内 室外
这种交流伺服电机，具备直流伺服电机的基本性质，即：。 转矩T(t)与线圈电流i(t) 成正比：T(t)= KTi(t)
无负载转速(t)与线圈电压u(t)成正比：(t)= u(t)/KE
可理解为：DC电机的电刷和整流子换成了半导体元件组 成的逆变器，因而，又称：无刷直流电机。
03 机器人的电动力系统
电池，作为自治移动式机器人动力源使用时，一般希望满 足：体积小，重量轻，能量密度大，等要求。
05 机器人与电池
5.2 Robot 与光电池
使用光蓄电池或太阳能蓄电池作为自主移动式机器人的摄 能和储能器官是机器生命自主摄能的一种途径。
例如，Walter的机器龟Elmer和Elsie的摄能和储能器官就
机电 的磁 结式 构直 和流 原电 理动
03 机器人的电动力系统
3.3 机器人与直流电机
直流电机具有良好的控制特性：
转矩T(t)与流经电枢线圈的电流i(t)基本成正比，即： T(t)KTi(t)
其中，KT为转矩常数，这意味着，控制流经电枢线圈的 电流i (t)，就能控制电机的输出转矩。