机器人技术及其应用5课件
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机器人技术 PPT课件
长度(即H杆的长度)，则：
1) 圆C1:半径为 R1 l1 l2 h ， 圆C4:半径为 R4 l1 l2 h ，
分别是该操作机的总工作空 间的边界。它们之间的环形 而积即W(P) 。
2）圆C2:半径为 R4 l1 l2 h ， 圆C3:半径为 R1 l1 l2 h ， C4 C3
对于自由度 F 6 的机器人操作机，将操作机的前三杆(或前
三关节)划为一组，在第三杆上设置参考点P3(相当于腕点)，求
其绕将各后关面节各运杆动（形4、成5的、曲6 面杆的）包划络为，另得一到组界，限在曲末面杆上取W0(参P3) 考。点 P6(可取手心点)，求出其绕后面关节运动形成的曲面（线）的 包络让， W得3(Pn到) 沿界限W0曲(P3)面运动W3，(Pn)就。形成了双参数曲面族，可用相应 的包络面公式求出末杆上参考点的工作空间界限曲面 。 W0(Pn)
一、定义
空洞——在转轴 zi 周围，沿z的全长参考点Pn均不能达到
的空间。 空腔——参考点不能达到的被完全封闭在工作空间之内的
空间。
1——空腔；2——空洞
22
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二、空洞及空腔约形成条件 1、空洞的形成条件及其判别 工作空间 Wn (Pn )与其后级旋 转轴 zn1 若不相交，则在该旋 转轴的周围形成空洞。 空洞存在与否可根据前级空 间Wn (Pn )和后级旋转轴 zn1之 间的最小距离来判断。 若 Rxmin 0 。 则不存在空 洞； 若 Rxmin 0 则存在空洞。
14
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腕点工作空间
15
第15页/共33页
PUMA560型机器人无结构限制时的工作空间轴剖面
16
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2、图解法 用图解法求工作空间，得到的往往是工作空间的各类别
1) 圆C1:半径为 R1 l1 l2 h ， 圆C4:半径为 R4 l1 l2 h ，
分别是该操作机的总工作空 间的边界。它们之间的环形 而积即W(P) 。
2）圆C2:半径为 R4 l1 l2 h ， 圆C3:半径为 R1 l1 l2 h ， C4 C3
对于自由度 F 6 的机器人操作机，将操作机的前三杆(或前
三关节)划为一组，在第三杆上设置参考点P3(相当于腕点)，求
其绕将各后关面节各运杆动（形4、成5的、曲6 面杆的）包划络为，另得一到组界，限在曲末面杆上取W0(参P3) 考。点 P6(可取手心点)，求出其绕后面关节运动形成的曲面（线）的 包络让， W得3(Pn到) 沿界限W0曲(P3)面运动W3，(Pn)就。形成了双参数曲面族，可用相应 的包络面公式求出末杆上参考点的工作空间界限曲面 。 W0(Pn)
一、定义
空洞——在转轴 zi 周围，沿z的全长参考点Pn均不能达到
的空间。 空腔——参考点不能达到的被完全封闭在工作空间之内的
空间。
1——空腔；2——空洞
22
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二、空洞及空腔约形成条件 1、空洞的形成条件及其判别 工作空间 Wn (Pn )与其后级旋 转轴 zn1 若不相交，则在该旋 转轴的周围形成空洞。 空洞存在与否可根据前级空 间Wn (Pn )和后级旋转轴 zn1之 间的最小距离来判断。 若 Rxmin 0 。 则不存在空 洞； 若 Rxmin 0 则存在空洞。
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腕点工作空间
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PUMA560型机器人无结构限制时的工作空间轴剖面
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2、图解法 用图解法求工作空间，得到的往往是工作空间的各类别
工业机器人应用技术课件ppt(PPT163张)可修改文字
一、机器人控制系统的特点
(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。除直角坐标机器 人外，机器人关节上的位置检测元件不能安装在末端执行器上，而 应安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。但机器人的重复 定位精度较高，一般为±0.1 mm。此外，由于机器人运行时要求 运动平稳，不受外力干扰，为此系统应具有较好的刚性。
(5-20)
随此着外实 ，际还工要作考情虑的况各作的关不节业同之，间信可惯息以性采力存用、各哥储种氏在不力同等内的的控耦存制合中方作式用，。和重在力执负载行的影任响务，因时此，，系依统中靠还经工常业采用机一些器控人制策的略，动如重力补偿、
前馈、解耦或自适应控制等。
与在自由空间运作动再的控现制相功比能，机，器人可在重受限复空间进运行动的该控制作主业要是。增加此了外对其，作用从端操与外作界接的触角作用度力（来包看括力，矩）要的控制要求，
图5-1 机器人控制系统的分类
二、机器人控制系统的组成
图5-2 机器人控制系统组成框图
二、机器人控制系统的组成
(1)控制计算机。控制计算机是控制系统的调度指挥机 构，一般为微型机，微处理器分为32位、64位等，如奔腾 系列CPU等。
(2)示教编程器。示教机器人的工作轨迹、参数设定和 所有人机交互操作拥有自己独立的CPU及存储单元，与主 计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
因而受限运动的控制一般称为力控制。
四现、场机 总器线人应智用能于求力生控控产制现制方场法，系在统微机具化测有量良控制好设备的之人间实机现双界向面多结，点数尽字量通信降，从低而对形成操了新作型者的网的络集要成求式全。分布因控制系统—— 现位场置总 控线制控部制分系的此统输，出(fieΔl多dqb1u和数s速co度情nt控ro况制l s部y要s分tem的求，输F控出CΔS制q)。2相器加，的其设和作计为机人器员人的不关节仅控要制增完量Δ成q，底用于层控伺制机服器人控的制运动器。
机器人技术及应用ppt课件ppt
THANKS
发展现状
随着航空航天技术的不断发展， 航空航天机器人在全球范围内得 到了广泛应用。目前，航空航天 机器人已经广泛应用于飞行器控 制、卫星维护、空间探索等领域 。
应用领域
航空航天机器人的应用领域包括 飞行器控制、卫星维护、空间探 索等。
服务机器人
定义
服务机器人是一种应用于服务领域的智能机械装置，能够提供各种服务，如餐饮、旅游、金融等。
05
总结与展望
机器人技术对人类社会的影响
提高生产效率
机器人技术能够提高生产制造的效率，减少人工成本，为企业带 来更大的效益。
改善生活质量
机器人技术可以应用于医疗、家庭服务、教育等领域，提高人们 的生活质量。
推动产业升级
机器人技术的发展将促进传统产业的升级和转型，推动经济的持续 发展。
未来机器人发展的趋势与挑战
发展现状
随着医疗技术的不断进步，医疗机器人在全球范围内得 到了快速发展。目前，医疗机器人已经广泛应用于手术 、康复、护理、诊断等领域。
应用领域
医疗机器人的应用领域包括手术机器人、康复机器人、 护理机器人、诊断机器人等。
航空航天机器人
定义
航空航天机器人是指应用于航空 航天领域的智能机械装置，能够 在高空中执行各种复杂任务，如 飞行器控制、卫星维护、空间探 索等。
第三阶段
20世纪90年代至今，机器人技术进入了智能化时代。这个时期的机器人具备高度智能化 、自主决策、学习能力等特点，并且开始应用到各个领域，如服务、农业、医疗等。
机器人技术的应用领域
生产制造
机器人是生产制造领域的重要设备 ，可以代替人工进行重复性工作， 提高生产效率和质量。
医疗护理
机器人可以用于手术、康复训练、 护理等方面，提高医疗护理的质量 和效率。
机器人技术及应用课件项目5 三菱RV-3SD工业机器人
图5-2 工业机器人系统组成示意图 1为电源变压器：用于完成不同制式电源的转换。 2为气源：提供系统动作过程中的空气动力。 3为机械手：机械手是一台六自由度的工业机器人。 4为控制器：控制机器人的运行。
机器人技术及应用 • 2.工业机器人的控制方式
• 工业机器人的控制方式包含示教再现控制和位置控制两种。 • 示教再现控制：给出启动命令后，系统从存储单元中读出信 息并送到控制装置，控制装置发出控制信号，由驱动机构控制机 械手在一定精度范围内按照存储单元中的内容完成各种动作。 • 位置控制：工业机器人的位置控制方式包含点位控制和连续 路径控制两种。点位控制方式只控制机器人运动的起点和终点位 置，而不关心这两点之间的运动轨迹。连续路径控制方式不仅要 求机器人以一定的精度达到目标点，而且对移动轨迹也有一定精 度要求，例如机器人喷漆、弧焊等操作。连续路径控制方式的实 现是以点位控制为基础的，在每两个点之间进行满足精度要求的 轨迹插补运算即可实现轨迹的连续化。
机器人技术及应用
• 7）功能键（FUNCTION）：进行各菜单中的功能切换。可执行 的功能显示在画面下方。 • 8）伺服ON键（SERVO）：在握住有效开关的状态下按压此键 ，将进行机器人的伺服电源供给。 • 9）监视键（MONITOR）：变为监视模式，显示监视菜单。如 果再次按压，将返回至前一个画面。 • 10）执行键（EXE）：确定输入操作。 • 11）出错复位按钮（RESET）：对发生中的错误进行解除。 • 12）有效开关：示教单元有效时，使机器人动作的情况下，在 握住此开关的状态下，操作将有效（采用三位置开关）
机器人技术及应用
• 2. 显示示教器菜单及窗口 • 将示教单元的有效/无效开关置于有效。按压任意按 键，显示菜单画面（如图5-9）。菜单有5种类型：管 理-编辑、运行、参数、原点-制动、设置-初始化。
机器人技术及应用 • 2.工业机器人的控制方式
• 工业机器人的控制方式包含示教再现控制和位置控制两种。 • 示教再现控制：给出启动命令后，系统从存储单元中读出信 息并送到控制装置，控制装置发出控制信号，由驱动机构控制机 械手在一定精度范围内按照存储单元中的内容完成各种动作。 • 位置控制：工业机器人的位置控制方式包含点位控制和连续 路径控制两种。点位控制方式只控制机器人运动的起点和终点位 置，而不关心这两点之间的运动轨迹。连续路径控制方式不仅要 求机器人以一定的精度达到目标点，而且对移动轨迹也有一定精 度要求，例如机器人喷漆、弧焊等操作。连续路径控制方式的实 现是以点位控制为基础的，在每两个点之间进行满足精度要求的 轨迹插补运算即可实现轨迹的连续化。
机器人技术及应用
• 7）功能键（FUNCTION）：进行各菜单中的功能切换。可执行 的功能显示在画面下方。 • 8）伺服ON键（SERVO）：在握住有效开关的状态下按压此键 ，将进行机器人的伺服电源供给。 • 9）监视键（MONITOR）：变为监视模式，显示监视菜单。如 果再次按压，将返回至前一个画面。 • 10）执行键（EXE）：确定输入操作。 • 11）出错复位按钮（RESET）：对发生中的错误进行解除。 • 12）有效开关：示教单元有效时，使机器人动作的情况下，在 握住此开关的状态下，操作将有效（采用三位置开关）
机器人技术及应用
• 2. 显示示教器菜单及窗口 • 将示教单元的有效/无效开关置于有效。按压任意按 键，显示菜单画面（如图5-9）。菜单有5种类型：管 理-编辑、运行、参数、原点-制动、设置-初始化。
工业机器人技术及应用PPT课件
1.3 工业机器人发展概况
所 1.3.2 工业机器人发展现状和趋势
处
位 置
FANUC 推出的 Robot M-3iA 装配机器人采用四轴或六轴模式，具有独特的平
——— 行连接结构，具备轻巧便携的特点，承重范围可达 6 kg 。
—
【 课 堂 认 知 】
Robot M-3iA
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置
———
—
【
课
堂 认
机器人焊接 最早应
知 】
用在装配生产线上。开 拓了一种柔性自动化生
产方式，实现了在一条
焊接机器人生产线上同
时自动生产若干种焊件 。
机器人焊接
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1.4 工业机器人的分类及应用
所 1.4.2 工业机器人的应用
处
位
按作业任务将工业机器人分为搬运、码垛、焊接、涂装、装配机器人 。
这一工业机器人的井喷潮涌，
何时会蔓延到“中国制造”的每一个工厂、每一条生产线、每一个工序、每一
个工位上，将为“中国制造”的转型提“智”做出何等贡献？我们对此充满期
待。
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1.1 什么是工业机器人
所 处 位 置 ——— —
【 课 堂 认 知 】
机器人涉及到人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。
题的能力，尚处于实验研究阶段。
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1.4 工业机器人的分类及应用
所 1.4.1 工业机器人的分类
处
位
关于工业机器人分类，国际上没有制定统一的标准，可按负载重量、控制
置 ———
机器人技术及其应用介绍
21
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年歌德发表了《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《未来夏娃》问世。在机械实物制造方面， 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。
第五章 机器人技术及其应用
1
1977年问世的《星球大战》，创造了一个现代 神话。因其前所未有的太空场面，纷繁复杂的 星系斗争。
2
诞生于1984年的 《变形金刚》 汽车人的老大“擎天 柱”以其勇敢、坚毅 的强者形象成为了很 多男孩心目中的英雄。
3
1991年 《终结者2》无疑是 上个世纪科幻片的超 级经典之作，其中两 个来自未来世界的终 结者T800和T1000的 形象塑造绝对堪称完 美。
18
1800年前的汉代，大科学 家张衡不仅发明了地动仪， 而且发明了计里鼓车。计里 鼓车每行一里，车上木人击 鼓一下，每行十里击钟一下。
19
后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了 “木牛流马”，并用其运送军粮，支援前方战争。
1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自 动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。
4
5
2004年 科幻电影 《我，机器人》。
6
7
8
第一节 机器人的发展史 第二节 机器人研究领域和内容
9
第一节 机器人的发展史
一、机器人概述 20世纪人类最伟大的发明之一 自20世纪60年代初问世 走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人 的实用化
10
第一节 机器人的发展史
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年歌德发表了《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《未来夏娃》问世。在机械实物制造方面， 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。
第五章 机器人技术及其应用
1
1977年问世的《星球大战》，创造了一个现代 神话。因其前所未有的太空场面，纷繁复杂的 星系斗争。
2
诞生于1984年的 《变形金刚》 汽车人的老大“擎天 柱”以其勇敢、坚毅 的强者形象成为了很 多男孩心目中的英雄。
3
1991年 《终结者2》无疑是 上个世纪科幻片的超 级经典之作，其中两 个来自未来世界的终 结者T800和T1000的 形象塑造绝对堪称完 美。
18
1800年前的汉代，大科学 家张衡不仅发明了地动仪， 而且发明了计里鼓车。计里 鼓车每行一里，车上木人击 鼓一下，每行十里击钟一下。
19
后汉三国时期，蜀国丞相诸葛亮成功地创造出了 “木牛流马”，并用其运送军粮，支援前方战争。
1662年，日本的竹田近江利用钟表技术发明了自 动机器玩偶，并在大阪的道顿堀演出。
4
5
2004年 科幻电影 《我，机器人》。
6
7
8
第一节 机器人的发展史 第二节 机器人研究领域和内容
9
第一节 机器人的发展史
一、机器人概述 20世纪人类最伟大的发明之一 自20世纪60年代初问世 走向成熟的工业机器人，各种用途的特种机器人 的实用化
10
第一节 机器人的发展史
机器人视觉技术及案例应用 第5章 图像分割
图像分割 下面对一幅图像进行处理,如图所示。具体程序如下:
需要处理的图像
图像分割
*读入一幅图像 read_image(Image,'C:/Users/admin/Desktop/彩色图像.jpg') *对图像进行灰度转化 rgb1_to_gray(Image,GrayImage) *进行自动阈值分割 auto_threshold (GrayImage,Regions,2) *显示处理后的图像 dev_display(Regions)
橡皮擦上某点与背景中某点的灰度值
图像分割
5.1.2 基于灰度直方图的阈值分割
灰度直方图是关于灰度级分布的函数,是对图像中灰度级分布的统计。灰 度直方图是指将图像中的所有像素,按照灰度值的大小,统计其出现的频率。灰 度直方图是灰度级的函数,它表示图像中具有某种灰度级的像素的个数,反映了 图像中某种灰度出现的频率。
binary_threshold(Image,Region,Method,LightDark,UsedThreshold) 算子的详细参数如下: Image:原始图像输入; Region:分割后图像输出; Method:所使用的分割方法有最大类间方差法和平滑直方图法两种,默认为 最大类间方差法;
图像分割
第五章
图像分割
图像分割
图像分割就是把图像分成若干特定的、具有独特性质区域并提取出相关目标 的技术和过程。它是图像处理到图像分析的关键步骤。本章的图像分割方法主要 包括阈值分割法、区域生长法、分水岭算法。阈值分割法包括基于灰度值的阈值 分割、基于灰度直方图的阈值分割、二值阈值分割、局部阈值分割、字符阈值分 割。区域生长法包括regiongrowing和regiongrowing_mean两个算子。
机器人技术及应用课件
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制 系统等组成。
检测系统
外部传感器
慎思反应层
任务 控制系统 驱动装置 执行机构 环境
内部传感器
29
2 机器人的结构—控制系统
控制系统有两种方式。一种是集 中式控制，即机器人的全部控制 由一台微型计算机完成。另一种 是分散（级）式控制，即采用多 台微机来分担机器人的控制，如 当采用上、下两级微机共同完成 机器人的控制时，主机常用于负 责系统的管理、通讯、运动学和 动力学计算，并向下级微机发送 指令信息。
机器人是可以自动执行工作的复杂的机电综合装置。 机器人可接受人类指挥，也可以执行预先编排的程序，也 可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。
23
1 机器人的概念
1.3 机器人的定义
4）国际标准化组织（ISO）定义：
联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人 下的定义：“是一种为了执行不同的任务而具有可改变 和可编程动作的专门系统。” 。
•竞步机器人； •趋光机器人； •避障机器人。
6
考核方式和评分标准
考核方式
平时作业和表现（30%）+考试（70%）
7
机器人基础
机器人行业是二十一世纪最具有前景和挑战的行业.
1
机器人的概念
2
机器人的结构
3
机器人发展方向
4
机器人相关大赛
8
1 机器人的概念
1.1 机器人是什么？ 1.2 机器人是什么样子的？ 1.3 机器人谁先发明的？ 1.4 为什么要发明机器人？
操作型机器人：能自动控制，可重复编程，多功能，有多个自由度
可固定或运动，用于相关自动化系统中。
程控型机器人：按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械
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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
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
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。
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。
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。
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、 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。
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；
(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。
2．调节特性
伺服电机驱动器为标准化部件，如图6－14 为松下200W交流伺服电机及其驱动器。
第三节 伺服电机调速的基本原理
期望电机的负载特 性为 M L，通过调整 装置改变的电机特
M性 点曲 分3 与线 别M为 为点ML 1线1、、的M2交和2 3、。
转回调速范围
与其相对应的角速度为 1 2 和 3
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
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。
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。
• 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
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
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 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。
第二节 伺服电机的原理与特性
一、直流电机的工作原理
二、直流电机的结构和额定值 1．直流电机的结构
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。
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
国内生产的SL系列的交流伺服电机就 是采用这种结构。
即电机将有不同的角速度，实现了调速。
上图中的速度波动不属于调速
一、稳态精度
1．转速变化率（静差率）
它是指电机的某一条机械特性上（一
般指额定状态）从理想空载到额定负载时
的角速度降0 与理想空载的角速度
之比，即
s(% )010 % 0 10 % 0
•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。
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
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。
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。
（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)。
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）
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
极靴；9－机座底脚； 直流电机横剖面示意图
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)。
（2）非磁性空心杯转子
在外定子铁心槽中放置空间相距90º的 两相分布绕组；内定子铁心由硅钢片叠成， 不放绕组，仅作为磁路的一部分；由铝合 金制成的空心杯转子置于内外定子铁心之 间的气隙中，并靠其底盘和转轴固定。
（3）铁磁性空心转子
转子采用铁磁材料制成，转子本身既 是主磁通的磁路，又作为转子绕组，结构 简单，但当定子、转子气隙稍微不均匀时， 转子就容易因单边磁拉力而被“吸住”， 所以目前应用较少。
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
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
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。
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。
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。
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、 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。
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；
(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。
2．调节特性
伺服电机驱动器为标准化部件，如图6－14 为松下200W交流伺服电机及其驱动器。
第三节 伺服电机调速的基本原理
期望电机的负载特 性为 M L，通过调整 装置改变的电机特
M性 点曲 分3 与线 别M为 为点ML 1线1、、的M2交和2 3、。
转回调速范围
与其相对应的角速度为 1 2 和 3
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
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。
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。
• 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
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
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 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。
第二节 伺服电机的原理与特性
一、直流电机的工作原理
二、直流电机的结构和额定值 1．直流电机的结构
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。
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
国内生产的SL系列的交流伺服电机就 是采用这种结构。
即电机将有不同的角速度，实现了调速。
上图中的速度波动不属于调速
一、稳态精度
1．转速变化率（静差率）
它是指电机的某一条机械特性上（一
般指额定状态）从理想空载到额定负载时
的角速度降0 与理想空载的角速度
之比，即
s(% )010 % 0 10 % 0
•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。
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
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。
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。
（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)。
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）
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
极靴；9－机座底脚； 直流电机横剖面示意图
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)。
（2）非磁性空心杯转子
在外定子铁心槽中放置空间相距90º的 两相分布绕组；内定子铁心由硅钢片叠成， 不放绕组，仅作为磁路的一部分；由铝合 金制成的空心杯转子置于内外定子铁心之 间的气隙中，并靠其底盘和转轴固定。
（3）铁磁性空心转子
转子采用铁磁材料制成，转子本身既 是主磁通的磁路，又作为转子绕组，结构 简单，但当定子、转子气隙稍微不均匀时， 转子就容易因单边磁拉力而被“吸住”， 所以目前应用较少。