工业机器人说课材料

2、三相六拍运行方式
二、步进电机的选择
1、类型
1）反应式步进电机 定义：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。 特点：步距角小，运行频率高,
结构简单 2）激磁式步进电机 定义：定、转子均有激磁绕组（或转子采用永久磁钢），由电磁力矩 实
现步进运行。 特点：永磁式：控制功率小，电磁阻尼大，断电时具有定位转矩；
（二）折算最佳总传动比 1、折算峰值力矩最小的最佳总传动比
2、折算均方根力矩最小的最佳总传动比
第四节 步进电机驱动
一、工作原理
步进电机是将电脉冲信号变 换成角位移（或线位移）的一种 机电式数模转换器。
下面以三相步进电机来说明 其工作原理。 1、三相三拍运行方式
由于每次只有一相绕组通电 ，在绕组电流切换的瞬间，电机 将失去自锁力矩，容易造成失步 。此外，因为只有一相绕组吸引 转子，易在平衡位置附近发生振 荡，稳定性不佳，故单三拍运行 方式很少采用。
第三节 机器人的组成及运动
一、机器人的基本组成
三大部分： 机械部分—执行机构 传感部分—信息交互 控制部分—处理中心
二、工业机器人技术参数（制造 商在供货时提供的技术数据）
1、自由度：机器人所具有的独立坐标轴运动 的数目；
• 2、精度：定位精度和重复定位精度。定位 精度是指机器人手部实际到达位置与目标 位置之间的差异。重复定位精度是指机器 人重复定位其手部于同一目标位置的能力。
工业机器人
• 机器人运动功能常用图形符号
四、分类 1、按结构分类
按结构分类
直角坐标式
圆柱坐标式
球坐标式
关节坐标式
2、按发展进程分类
按发展进程分类
第一代可编程机器人 第二代感知机器人 第三代智能型机器人
3、按控制方法分类
按控制方法分类
点位控制机器人 连续轨迹控制机器人 可控轨迹机器人
伺服型与非伺服型 机器人
值得注意的是，电机的选择不仅取决于 功率，还取决于系统的动态性能要求、稳 定精度、低速平稳性、电源是直流还是交 流等因素。
（二）电机的转矩特性
四、总传动比的选择
（一）负载力矩特性 要考虑两种情况： 1、峰值力矩：经常在机器人关节处电机起动时出现，
也是电机最严重的工作情况；
2、均方根力矩：电机在长期连续变载荷工作 下的情况。
电磁式：输出转矩大பைடு நூலகம்输入脉冲电流小，低频工作时稳定可靠， 高频工作时矩频特性好； 3）永磁反应式：兼具反应式步进电机与永磁式步进电机的特点。
1）调速范围要宽； 2）负载特性要硬（抗干扰性强）； 3）反应速度要快（动态响应特性好）。
3、直流伺服电机的种类：
三、直流伺服电机的选择
（一）初选电机
选择电机，首先要考虑电机必须能够
提供负载所需要的瞬间转矩和转速，就是 能够提供克服峰值所需要的功率。其次， 当电机的工作周期可以与其发热时间常数 相比较时，必须考虑电机的热定额问题， 通常以负载的均方根功率作为确定电机发 热功率的基础。
4、按功能分类
按功能分类
顺序控制型机器人
示教再现型机器人
可控轨迹机器人
自适应机器人
智能机器人
五、应用领域
1、恶劣、危险的工作场合 如：爬壁机器人 冲床上、下料 采矿 水下作业
2、特殊作业场合：对人来说力所不能及的地点 如：外太空航天飞机
3、自动化生产领域 如：焊接机器人--汽车制造厂承重大梁、车身结构的焊接； 材料搬运—码垛、卸货； 检测机器人—零件制造过程中的检测 装配机器人—较复杂的作业过程，即要检测装配作业过程中的误 差，又要试图纠正这种误差 喷漆、喷涂机器人
第三节 直流电机驱动
一、直流电机工作原理(视频） 二、对直流伺服电机的要求
1、直流伺服电机定义： 直流电机的转动是平滑且连续不断的，因而要
实现精确的位置控制，必须加入位置反馈；机器 人的运动要过到一定的速度要求，还要加入速度 反馈。这样，一个直流电机和位置反馈、速度反 馈形成一个整体，即直流伺服电机。 2、要求：
一、直线液压缸
二、旋转执行元件
三、电液伺服阀
四、采用液压驱动的优、缺点
优点：
1、易达到较高的单位面积压力（通常2.5~6.3MPa）， 可获得较大的推力或转矩；
2、压力油可压缩性小，可得到较高的位置精度； 3、液压传动中，力、速度和方向易实现自动控制； 4、具有防锈性和自润滑的性能。 缺点： 1、油液粘度随温度变化而变化，影响工作性能； 2、液体的泄露难以克服，这就要求液压元件有较高的 精度和质量，从而提高了造价； 3、要提供滤油装置。
3、工作范围：机器人手臂末端或手腕中心所 能到达的所有点的集合，也叫工作区域；
4、最大工作速度 1）工业机器人主要自由度上最大的稳定
速度；
2）工业机器人手臂末端最大的合成速度。 5、承载能力：机器人在工作范围内的任何位
姿上所能承受的最大质量。其大小取决于：
1）负载的质量； 2）机器人运行的速度、加速度的大小、 方向。
通常指高速运行时的承载能力。
第二章 机器人驱动系统设计
驱动装置是带动臂部到达指定 位置的动力源，目前常用的主要有 四种驱动方式：液压驱动、气压驱 动、直流电机驱动和步进电机驱动
第一节 液压驱动
液压驱动是以高压油作为工作介质。驱 动机构可以是闭环的，也可以是开环的； 可以是直线的，也可以是旋转的。其工作 原理都是基于高压油对活塞或叶片的作用。
第二节 气压驱动
一、气动执行元件 1、直线气缸 2、旋转气动马达
二、工作介质：高压空气 三、应用场合：完成挡块间运动 四、气压驱动优、缺点
优点： 1、易达到高速； 2、无环境污染； 3、工作压力低，因而制造精度要求低。 缺点： 1、压缩空气常用压力在0.4~0.6MPa，要想获得较大的出力，其结构 也要增大； 2、空气压缩性大，工作平稳性差，难以实现精确的位置控制； 3、除水问题：处理不好易引起钢类零件生锈； 4、排气问题：噪声污染。
如果要求电机在峰值下以峰值转速驱动 负载，则电机功率可按下式估算：
如果电机长期连续地工作在变载荷之下 时，比较合理的是按负载均方根功率估算 电机功率：
（发热校核、转矩过载校核略）
初选电机后，一系列的技术数据，如额 定转矩、额定转速、额定电压、额定电流、 转子转动惯量，均可由产品目录直接查得 或经过计算求得。