工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求
工业机器人的驱动方式
工业的驱动方式
1. 介绍
工业是一种能够自主执行任务的可编程设备，广泛应用于制造和生产领域。
其驱动方式决定了在运行过程中所使用的能源类型以及控制方法。
2. 驱动系统分类
2.1 电气驱动系统
- 直流电机：采用直流电源供给，并通过调节转子磁场实现速度和位置控制。
- 步进电机：根据输入脉冲信号进行精确步长移动，适合需要高精度定位操作。
- AC伺服电机：利用交变频率来改变旋转速度并提供更好的负载承受力。
2.2 液压/气压驱动系统
- 液压传感技术: 利用液体（通常为油）作为媒介，在活塞或缸筒之间施加力量来推送部件运行。
- 气压试验台: 使用空气或其他非腐蚀性、无毒害物质将线性运输装置带到目标位置上去.
3. 控制方法
3 .1 开环控制：
在开环控制下, 系统输出不会影响到控制器的输入。
这种方法简单且成本较低，但对于精确度要求高的应用不太适合。
3.2 闭环控制：
在闭环控制下, 系统输出会通过传感器反馈给控制器进行调整和校正。
这种方法可以提供更好的稳定性和准确性。
4. 驱动方式选择因素
- 负载能力：机械臂所需承受负荷大小。
- 运行速度：工作任务需要多快完成。
- 定位精度: 工业在执行操作时所需达到的位置准确程度.
5. 法律名词及注释
- 相关附件:
1、驱动系统技术规格表
2、电气/液压/气压部件清单
以上是有关工业驱动方式详细介绍，请参考使用。
1.1工业机器人的系统组成
MMT
三种驱动方式比较：
电气驱动方式:电气驱动所用能源简单，机构速度变化范围大，效率高，速
度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪声低和控制灵活的特点。
MMT
【背景知识】 2．机械结构系统
工业机器人的机
械结构系统是工业机 器人为完成各种运动 的机械部件。系统由 骨骼(杆件)和连接它 们的关节(运动副)构 成，具有多个自由度， 主要包括手部、腕部、 臂部、机身等部件， 如右图所示。
2MMT
机械结构系统——手腕
手腕是连接末端执 行器和手臂的部件，它的作 用是调整或改变工件的方位， 因而它具有独立的自由度， 以使机器人——手臂
手臂是机器人执行 机构中重要的部件，它的作 用是将被抓取的工件运送到 给定的位置上。
2MMT
机械结构系统——腰部和基座
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位 置，是机器人获取信息的窗口 。
MMT
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位置， 是机器人获取信息的窗口 。
机器人对传感器的要求 ①精度高、重复性好； ② 稳定性和可靠性好； ③ 抗干扰能力强； ④ 质量轻、体积小、安装方便。
MMT
（1)传感器的分类 根据传感器在机器人上应用目的与使用范围的 不同，将其分成两类：内部传感器和外部传感器。 内部传感器：用于检测机器人自身的状态，如： 测量回转关节位置的轴角编码器、测量速度以控制 其运动的测速计。 外部传感器：用于检测机器人所处的环境和对 象状况，如视觉传感器，可为更高层次的机器人控 制提供大得多的适应能力，也是给工业机器人增加 了自动检测能力。外部传感器可进一步分为末端执 行器传感器和环境传感器。
机器人的主要驱动方式及其特点【精选文档】
一目前机器人的主要驱动方式及其特点根据能量转换方式,将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置。
在选择机器人驱动器时,除了要充分考虑机器人的工作要求，如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求外，还应考虑到是否能够在较大的惯性负载条件下,提供足够的加速度以满足作业要求.A液压驱动特点液压驱动所用的压力为5～320kgf/cm2。
a)优点1能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。
2可以把驱动油缸直接做成关节的一部分,故结构简单紧凑，刚性好。
3由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停.4液压驱动调速比较简单和平稳,能在很大调整范围内实现无级调速。
5使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。
6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。
B）缺点1油液容易泄漏。
这不仅影响工作的稳定性与定位精度,而且会造成环境污染.2因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。
3因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低,速度特性及定位精度变坏.4需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。
C）适用范围液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合.在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。
B气压驱动的特点气压驱动在工业机械手中用的较多。
使用的压力通常在0.4-0.6Mpa，最高可达1Mpa。
a）优点1快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s,而油液在管路中的流速仅为2。
5-4.5 m/s。
2气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。
3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作,所以比液压驱动干净而简单。
4通过调节气量可实现无级变速.5由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。
6可以把驱动器做成关节的一部分,因而结构简单、刚性好、成本低.b）缺点1因为工作压力偏低，所以功率重量比小、驱动装置体积大。
第5章5.1机器人驱动系统概述
部的形式 ➢ d)驱动电机安装在关节
内部
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第5章 机器人驱动系统
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❖如图5-2所示，耐磨球轴承，a)普通向心球轴承 b）向心力球轴承 c）四点接触球轴承
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第5章 机器人驱动系统
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（2）移动关节
移动关节由直线运动机构和在整个运动范围内起直 线导向作用的直线导轨部分组成。
❖为了使关节定位准确，制动器必须有足够的定位 精度。制动器应当尽可能地放在系统的驱动输入端， 这样利用传动链速比，能够减小制动器的轻微滑动 所引起的系统移动，保证了在承载条件下仍具有较 高的定位精度。在许多实际应用中机器人都采用了 制动器。
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工业机器人基础
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驱动系统的性能如下： ➢1.刚度和柔性 ➢2.重量、功率-重量
比和工作压强
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第5章 机器人驱动系统
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5.1.1驱动方式
机器人的驱动方式主要分为直接驱动和间接驱动。 两种无论何种方式，都是对机器人关节的驱动。
1.关节与关节驱动
❖机器人中连接运动部分的机构称为关节。关节有 转动型和移动型，分别称为转动关节移动关节。
1-电动机 2-蜗杆 3-臂架 4-丝杠 5-蜗轮 6-箱体 7-华健套 图5.8丝杠螺母传动的手臂升降机构
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第5章 机器人驱动系统
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4 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，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，有时 还用来驱动平行轴之间的小齿轮。
简述工业机器人驱控一体化系统的构成
简述工业机器人驱控一体化系统的构成工业机器人驱控一体化系统是当前技术发展的一个重要方向，主要用于实现自动化生产，广泛应用于工厂汽车制造等行业中。
它是由若干部件组成的，包括机器人驱动系统、机器人传动系统、控制系统和工具系统。
本文将详细介绍这些部件的设计原理、功能特点和应用方式。
一、机器人驱动系统机器人驱动系统是工业机器人最基本的部件，主要实现机器人运动控制，并基于传统的电机驱动技术。
它的功能是向机器人输入命令，控制机器人的运行状态，以实现特定的工作任务。
按照电机驱动方式，机器人驱动系统可以分为触点式电机驱动系统、分循环电机驱动系统和传统电机驱动系统。
触点式电机驱动系统是通过控制继电器来控制电机的输出力矩，具有快速响应和较高的精度；分循环电机驱动系统采用多通道加工技术，可以同时控制多个电机；传统电机驱动系统则使用传动装置，如滑轮、减速机、带轮等来控制电机的转速和扭矩。
二、机器人传动系统机器人传动系统是工业机器人的核心组件，主要用于实现机器人的精确运动控制，它的设计主要包括传动装置及控制装置。
传动装置主要有电机、轴、减速机、传动链、带轮等，根据机器人的工作要求，可以组合使用不同类型的传动装置，实现不同工作任务的完成。
控制装置主要使用传感器、控制器等电子设备，用于控制传动装置的运行，实现机器人运动控制目标。
三、控制系统控制系统是工业机器人的重要部件，它可以按照预设的要求，调整机器人的运动参数，实现机器人的精确运动控制。
控制系统的设计主要有两个方面：一是硬件设计，一般使用微处理器或模拟集成电路来控制机器人的运动参数，实现机器人高效率的运行；二是软件设计，可以使用各种软件语言来编写程序，控制机器人的每一步动作，实现机器人的精确运动控制。
最后，需要说明的是，工业机器人系统的设计不仅仅要考虑传动和控制系统的组合，还要注意机器人的外形和抗腐蚀性。
机器人的外形要求低噪音、低振动、低噪声，抗腐蚀性要求能够长期在各种恶劣环境中安全运行。
工业机器人的结构认知
机身设计成机座 式，这种机器人 可以使独立的、 自成系统的控制 装置，可以随意 安放和搬动。
屈伸式机器人的 臂部可以有大小 臂组成，大小臂 间有相对运动， 成为屈伸臂。
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统
（3）手腕
联接臂部和末端执行器，手腕 确定末端执行器的作业姿态，一般 需要三个自由度，由三个回转关节 组合而成，组合方式多样。
为了提高机器人手部和手腕的操作能力、灵活性和快速反应能力，使机器人能像人手一样进行
各种复杂的作业，必须有一个运动灵活、动作多样的灵巧手，即仿人手。手指的关节通常通过
钢丝绳、记忆合金、人造肌纤维驱动。
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统 有了像人一样的“手指”，就可以做更多细致精确的动作了！它也可以心灵手巧了！
凑，密封问题较大。
结构适当，执行机构可标准化、模拟化， 易实现直接驱动。功率/质量比大，体积小，
结构紧凑，密封问题较小。
伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪 声低，电动机一般需配置减速装置，除DD电 动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封
问题。
安全性
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。
仿人手机器人的动作
任务一：工业机器人的结构 认知
2. 机械结构系统
多指机器人主要有柔性手和多指灵活手两种。
（a）多关节柔性手
（b）三指灵巧手
（c）四指灵巧手
图2-23 柔性手和多指灵活手
任务一：工业机器人的结构 认知
3. 机器人-环境交互系统
机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的 系统。机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配 单元等；也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件储存装置等集成为一个 去执行复杂任务的功能单元。
机器人的驱动与控制
3）控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转 速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。
所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机 和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直 接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、 高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精 度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动 机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广 泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。 工业机器人驱动系统中所采用的电动机，大致可细分为以下几种：
4）调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5）体积小、质量小、轴向尺寸短。 6）能经受起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减 速运行，并能在短时间内承受过载。 目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机 在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下 的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。
3）应用计算机的机器人具有故障诊断功能，可在屏幕上指示有 故障的部分和提示排除它的方法。还可显示误操作及工作区内有无障 碍物等工况，提高了机器人的可靠性和安全性。
4）可实现机器人的群控， 使多台机器人在同一时间进行相同作 业，也可使多台机器人在同一时间各自独立进行不同的作业。
5)在现代化的计算机集成制造系统(CIMS) 中，机器人是 不少的设备，但只有计算机控制的工业机器人才便于与CIMS 联网，使其充分发挥柔性 自动化设备的特性。
工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求
工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求随着科技发展的进步，工业机器人已经成为工业生产中不可或缺的一部分。
而工业机器人的运动主要依靠电机驱动系统来实现。
电机驱动系统的分类与要求对于工业机器人的运动性能和控制精度至关重要。
本文将对工业机器人常用的电机驱动系统进行分类与要求的介绍。
根据电机驱动系统所采用的控制方式的不同，可以将工业机器人的电机驱动系统分为直接驱动系统和间接驱动系统两种类型。
直接驱动系统是指电机直接连接到机器人的联轴器或关节，通过电机的转动直接驱动机械臂进行运动。
直接驱动系统具有结构简单、动态响应快、功率传递效率高等优点。
常用的直接驱动系统电机包括直流无刷电机、交流无刷电机和步进电机。
直流无刷电机是直接驱动系统中常用的一种电机类型。
它采用电子换向技术代替了传统的机械换向，具有结构简单、噪音低、转矩稳定等优点。
直流无刷电机在工业机器人中主要用于关节驱动，要求具备较高的控制精度和动态响应能力。
交流无刷电机是一种结构简单、功率密度高的电机，广泛应用于工业机器人的关节驱动系统中。
它具有高速高效、转矩平稳等优点，可以用于实现机械臂的快速准确的运动。
步进电机是一种以固定角度或步距旋转的电机，它具有定位精度高、控制简单、结构简洁等特点。
步进电机常用于需要较高定位精度的工业机器人应用中，如精密装配、液晶面板制造等领域。
间接驱动系统是指电机通过一系列的传动装置（如减速器、传动带等）驱动机械臂的运动。
这种驱动系统可以通过不同的传动机构来实现不同的运动轨迹和速度。
减速器是间接驱动系统中最常用的传动装置。
它可以将电机的高速低扭力输出转换为机械臂所需的低速高扭力输出，从而实现机械臂的精准控制。
减速器的种类繁多，如行星减速器、圆柱齿轮减速器等，不同的减速器适用于不同的机器人应用场景。
除了直接驱动系统和间接驱动系统的分类外，工业机器人的电机驱动系统在实际应用中还有一些共同的要求。
首先是控制精度要求。
工业机器人的控制精度直接关系到其工作的准确性和稳定性。
工业机器人控制的功能组成和分类
工业机器人控制的功能组成和分类一、功能1.生产生产线的机器人：这种机器人主要用于生产线的装配、分拣和搬运等工作。
它们可以根据需要进行编程，完成成品的组装工作，提高生产效率。
2.清洁和喷涂：工业机器人可以用于清洗和喷涂工作。
它们可以根据需要进行编程，完成工件清洗和涂装工作，提高喷涂效果和一致性。
3.搬运和装卸：工业机器人可以用于搬运和装卸工作。
它们可以根据需要进行编程，完成物料的搬运和装卸工作，提高物流效率。
4.焊接和切割：工业机器人可以用于焊接和切割工作。
它们可以根据需要进行编程，完成焊接和切割工作，提高生产质量和效率。
5.视觉和检测：工业机器人可以用于视觉和检测工作。
它们可以根据需要进行编程，完成产品的视觉检测和质量控制工作，提高产品质量和一致性。
二、组成1.机械结构：工业机器人的机械结构包括机械臂、关节、轨道和工具等。
机械臂是机器人的核心部件，可以完成工件的抓取和搬运工作。
关节可以实现机械臂的运动和灵活性。
轨道可以实现机械臂的运动轨迹和范围。
2.电气系统：工业机器人的电气系统包括电机、传动装置和控制器等。
电机负责驱动机械臂的运动，可以根据需要实现不同速度和力度的运动。
传动装置负责将电机的转动传递到机械臂上。
控制器负责控制电机和传动装置的运动。
3.控制系统：工业机器人的控制系统包括计算机、编程器和接口设备等。
计算机负责控制机械臂的运动和动作，可以根据需要编写程序进行控制。
编程器负责编写和修改程序。
接口设备负责与其他设备进行通信和数据传输。
4.传感系统：工业机器人的传感系统包括传感器、测量仪器和监控设备等。
传感器可以实时监测机械臂的位置和力度，可以根据需要进行反馈和调整。
测量仪器可以实时测量和记录工业机器人的性能和效果。
监控设备可以实时监控和控制机器人的运行和状态。
三、分类根据工作特点和结构形式1.固定式机器人：这种机器人通常是固定在一个地方，不能移动。
它们主要用于生产线上的装配、焊接和切割等工作。
工业机器人的驱动系统分类及特点
工业机器人的驱动系统分类及特点
一、液压驱动系统由于液压技术是一种比较成熟的技术。
它具有动力大、力(或力矩)与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。
适于在承载能力大，惯量大以及在防焊环境中工作的这些机器人中应用。
但液压系统需进行能量转换(电能转换成液压能)，速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低。
液压系统的液体泄泥会对环境产生污染，工作噪声也较高。
因这些弱点，近年来，在负荷为100kz 以下的机器人中往往被电动系统所取代。
二、气动驱动系统具有速度快、系统结构简单，维修方便、价格低等特点。
适于在中、小负荷的机器人中采用。
但因难于实现伺服控制，多用于程序控制的机械人中，如在上、下料和冲压机器人中应用较多。
三、电动驱动系统由于低惯量，大转矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器(交流变频器、直流脉冲宽度调制器)的广泛采用，这类驱动系统在机器人中被大量选用。
这类系统不需能量转换，使用方便，控制灵活。
大多数电机后面需安装精密的传动机构。
直流有刷电机不能直接用于要求防爆的环境中，成本也较上两种驱动系统的高。
但因这类驱动系统优点比较突出，因此在机器人中被广泛的选用。
工业机器人及其控制系统的分类与特点详解
工业机器人及其控制系统的分类与特点详解一、工业机器人的分类1. 按操作机坐标形式可分为：（1）直角坐标型工业机器人其运动部分由三个相互垂直的直线移动（即PPP）组成，其工作空间图形为长方形。
它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，控制无耦合，结构简单，但机体所占空间体积大，动作范围小，灵活性差，难与其他工业机器人协调工作。
（2）圆柱坐标型工业机器人其运动形式是通过一个转动和两个移动组成的运动系统来实现的，其工作空间图形为圆柱，与直角坐标型工业机器人相比，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大，其位置精度仅次于直角坐标型机器人，难与其他工业机器人协调工作。
（3）球坐标型工业机器人又称极坐标型工业机器人，其手臂的运动由两个转动和一个直线移动（即RRP,一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动）所组成，其工作空间为一球体，它可以作上下俯仰动作并能抓取地面上或教低位置的协调工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比。
（4）多关节型工业机器人又称回转坐标型工业机器人，这种工业机器人的手臂与人一体上肢类似，其前三个关节是回转副（即RRR），该工业机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂见形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂做回转运动和俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。
其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，能与其他工业机器人协调工作，但位置精度教低，有平衡问题，控制耦合，这种工业机器人应用越来越广泛。
（5）平面关节型工业机器人它采用一个移动关节和两个回转关节（即PRR），移动关节实现上下运动，而两个回转关节则控制前后、左右运动。
这种形式的工业机器人又称（SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)装配机器人。
在水平方向则具有柔顺性，而在垂直方向则有教大的刚。
简述工业机器人传动系统的主要传动形式及主要区别
简述工业机器人传动系统的主要传动形式及主要区别
工业机器人传动系统的主要传动形式包括：电机驱动、气动驱动和液压驱动。
电机驱动：电机驱动是目前工业机器人最常用的一种传动形式，主要包括直流电机、交流电机和伺服电机等。
气动驱动：气动驱动是指利用压缩空气作为能源，通过气缸、阀门等气动元件来实现工业机器人的运动。
液压驱动：液压驱动是指利用液体作为能源，通过液压缸、液压阀等液压元件来实现工业机器人的运动。
主要区别：
电机驱动的传动系统具有精度高、稳定性好、响应速度快等优点，但需要电源支持，存在散热问题，且电机噪音较大。
气动驱动的传动系统系统具有简单、成本低、可靠性高等优点，但精度不高，输出力矩限制较大，且需准备压缩空气的供应系统。
液压驱动的传动系统具有输出力矩大、运动平稳、环境适应性强，但液压系统成本较高，需要做好油品维护，同时有液压泄漏的风险。
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
机器人驱动结构介绍
关节直接驱动方式
• DD机器人目前主要存在的问题 ①载荷变化、耦合转矩及非线性 转矩对驱动及控制影响显著，使 控制系统设计困难和复 杂．②对位置、速度的传感元件 提出了相当高的要求③需开发小 型实用的DD电机． ④电机成本 高。
驱动元件
(1) 液(气)压驱动 • 液(气)压缸 • 液(气)压马达 (2)步进电动机驱动 • 在小的机器人上，有时也用步进电机作为主驱动电机。可 以用编码器或电位器提供精确的位置反馈，所以步进电机 也可用于闭环控制 • 步进电机是通过脉冲电流实现步进的，因此每给一个脉冲 转子便转动一个步距。在精度要求不高的情况下，没有必 要加入位置反馈
机器人驱动结构
内容简介
• 驱动系统的概念 • 驱动系统的分类 • 关节直接驱动方式 • 驱动元件
驱动系统的概念
• 驱动系统主要是指驱动机械系统动作的驱动装置。根据 驱动源的不同，驱动系统可分为电气、液压和气压三种 以及把它们结合起来应用的综合系统。该部分的作用相 当于人的肌肉。
驱动系统的分类
• 电气驱动系统在工业机器人中应用得较普遍，可分为 步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机三种 驱动形式。早期多采用步进电动机驱动，后来发展了 直流伺服电动机，现在交流伺服电动机驱动也逐渐得 到应用。上述驱动单元有的用于直接驱动机构运动： 有的通过谐波减速器减速后驱动机构运动，其结构简 单紧凑。
关节直接驱动方式
• 目前中小型机器人一般采用普通的直流伺服电机、交流伺服电 机或步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，进行间接传动．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。直接驱动机器人也 叫作DD机器人(Direct drive robot)，简称DDR．DD机器人一 般指驱动电机通过机械接口直接与关节连接． • DD机器人的特点是驱动电机和关节之间没有速度和转矩的转换
工业机器人基础知识大全,看完秒懂!
工业机器人基础知识大全，看完秒懂！1.主体主体机械即机座和实行机构，包括大臂、小臂、腕部和手部，构成的多自由度的机械系统。
有的机器人另有行走机构。
工业机器人有6个自由度乃至更多腕部通常有1～3个活动自由度。
2.驱动系统工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压，气动和电动三大类。
依据需求也可由这三种范例组合并复合式的驱动系统。
或者通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。
驱动系统有动力装置和传动机构，用以实行机构发生相应的动作，这三类根本驱动系统的各有特点，现在主流的是电动驱动系统。
由于低惯量，大转矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器(交换变频器、直流脉冲宽度调制器)的普遍接纳。
这类系统不需能量转换，运用方便，控制灵敏。
大多数电机后面需安装精细的传动机构：减速器。
其齿运用齿轮的速率转换器，将电机的反转数减速到所要的反转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，添加转矩,当负载较大时，一味提升伺服电机的功率是很不划算的，能够在适宜的速率范畴内通过减速器来进步输出扭矩。
伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，长时间和重复性的工作不利于确保其准确性、牢靠地运转。
精细减速电机的存在使伺服电机在一个适宜的速率下运转，加强机器体刚性的同时输出更大的力矩。
如今主流的减速器有两种：谐波减速器和RV减速3.控制系统机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功用和功能的主要要素。
控制系统是按照输入的程序对驱动系统和实行机构收回指令信号，并进行控制。
工业机器人控制技术的主要任务便是控制工业机器人在工作空间中的活动范围、姿势和轨迹、动作的时间等。
具有编程简单、软件菜单操纵、友好的人机交互界面、在线操纵提示和运用方便等特点。
控制器系统是机器人的中心，外国有关公司对我国实验紧密封闭。
连年来随着微电子技术的开展，微处置器的功能越来越高，而价钱则越来越便宜，现在市集上曾经出现了1-2美金的32位微处置器。
高性价比的微处置器为机器人控制器带来了新的开展机会，使开辟低本钱、高功能的机器人控制器成为可能。
机器人的主要驱动方式及其特点
一目前机器人得主要驱动方式及其特点根据能量转换方式,将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动与新型驱动装置。
在选择机器人驱动器时,除了要充分考虑机器人得工作要求,如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求外,还应考虑到就是否能够在较大得惯性负载条件下，提供足够得加速度以满足作业要求.A液压驱动特点液压驱动所用得压力为5~320kｇｆ/cm2、a)优点1能够以较小得驱动器输出较大得驱动力或力矩,即获得较大得功率重量比.2可以把驱动油缸直接做成关节得一部分,故结构简单紧凑，刚性好。
３由于液体得不可压缩性,定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置得开停。
4液压驱动调速比较简单与平稳，能在很大调整范围内实现无级调速.5使用安全阀可简单而有效得防止过载现象发生。
6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点.B）缺点1油液容易泄漏.这不仅影响工作得稳定性与定位精度,而且会造成环境污染。
2因油液粘度随温度而变化,且在高温与低温条件下很难应用。
3因油液中容易混入气泡、水分等,使系统得刚性降低,速度特性及定位精度变坏。
４需配备压力源及复杂得管路系统，因此成本较高。
C)适用范围液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低得场合。
在机器人液压驱动系统中,近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。
Ｂ气压驱动得特点气压驱动在工业机械手中用得较多.使用得压力通常在0、4-０、6Mpa,最高可达１Mpa。
a)优点1快速性好,这就是因为压缩空气得黏性小,流速大，一般压缩空气在管路中流速可达18０m/ｓ,而油液在管路中得流速仅为2、5—４、5m/s.2气源方便,一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。
3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。
4通过调节气量可实现无级变速。
5由于空气得可压缩性,气压驱动系统具有较好得缓冲作用。
6可以把驱动器做成关节得一部分,因而结构简单、刚性好、成本低.b)缺点1因为工作压力偏低,所以功率重量比小、驱动装置体积大。
09-10第二章工业机器人的驱动系统(2.5 工业机器人的驱动系统)
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2.5.2 驱动方式 MESSI
后冷却器：安装在空气压缩机出口处的管道上，它的作用是使压缩 空气降温。因为一般工作压力为8kgf/cm2的空气压缩机排气温度高达 140~170℃，压缩空气中所含的水和油（气缸润滑油混入压缩空气）均 为气态。经后冷却器降温至40~50℃后，水汽和油汽凝聚成水滴和油滴， 再经油水分离器析出。
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2.5.2 驱动方式
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3）压缩空气的工作压力较低，因此对气动元件的材质和 制造精度要求可以降低。一般说来，往复运动推力在2t （19620N）以下时，用气动经济性较好。
4）与液压传动相比，它的动作和反应较快，这是气动的 突出优点之一。
5）空气介质清洁，亦不会变质，管路不易堵塞。 6）可安全地应用在易燃、易爆和粉尘大的场合，便于实 现过载自动保护。
机械手一般小于30kg。
2）滞后现象小，反应较灵敏，传动平稳。与空气相比，油液的压缩
性极小，故传动的滞后现象小，传动平稳。气动传动碎易得到较大速度
（1m/s以上），但空气黏性比较低，传动冲击较大，不利于精确定位。
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2.5.2 驱动方式
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3）输出力和运动速度控制较容易。输出力和运动速度在一定 的液压缸结构尺寸下，主要取决于传动液的压力和流量，通过调节 相应的压力和流量控制阀，能比较方便地控制输出功率。
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
出力矩相对小，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。交、直流伺服电动机异步用于闭环控制系统，而步进电动
机主要用于开环控制系统，一般用于速度和位置精度要求不高的场合。
MESSI
电动驱动系统
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工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求
机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。
对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。
特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。
这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。
一、机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下
1．快速性
电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。
响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。
2．起动转矩惯量比大
在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。
3．控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。
4．调速范围宽。
能使用于1：1000～10000的调速范围。
5．体积小、质量小、轴向尺寸短。
6．能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。
目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。
所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。
其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。
步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。
交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。
机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。
工业机器人驱动系统中所采用的电动机。
二、电机大致可细分为以下几种：
1．交流伺服电动机
包括同步型交流伺服电动机及反应式步进电动机等。
2．直流伺服电动机
包括小惯量永磁直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机、大惯量永磁直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机。
3．步进电动机
包括永磁感应步进电动机。
速度传感器多采用测速发电机和旋转变压器；位置传感器多用光电码盘和旋转变压器。
近年来，国外机器人制造厂家已经在使用一种集光电码盘及旋转变压器功能为一体的混合式光电位置传感器，伺服电动机可与位置及速度检测器、制动器、减速机构组成伺服电动机驱动单元。
机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大。
三、常用的减速机构
1．RV减速机构；
2．谐波减速机械；
3．摆线针轮减速机构；
4．行星齿轮减速机械；
5．无侧隙减速机构；
6．蜗轮减速机构；
7．滚珠丝杠机构；
8．金属带／齿形减速机构；
9．球减速机构。
工业机器人电动机驱动原理如图1所示。
工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。
目前国外许多电动机生产厂家均开发出与交流伺服电动机相适配的驱动产品，用户根据自己所需功能侧重不同而选择不同的伺服控制方式，一般情况下，交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现以下功能：
1．位置控制方式；
2．速度控制方式；
3．转矩控制方式；
4．位置、速度混合方式；
5．位置、转矩混合方式；
6．速度、转矩混合方式；
7．转矩限制；
8．位置偏差过大报警；
9．速度PID参数设置；
10．速度及加速度前馈参数设置；
11．零漂补偿参数设置；
12．加减速时间设置等。
四、驱动器种类
1．直流伺服电动机驱动器
直流伺服电动机驱动器多采用脉宽调制（PWM）伺服驱动器，通过改变脉冲宽度来改变加在电动机电枢两端的平均电压，从而改变电动机的转速。
PWM伺服驱动器具有调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强等特点，在工业机器人中常作为直流伺服电动机驱动器。
2．同步式交流伺服电动机驱动器
同直流伺服电动机驱动系统相比，同步式交流伺服电动机驱动器具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。
同步式交流伺服电动机驱动器通常采用电流型脉宽调制（PWM）相逆变器和具有电流环为内环、速度环为外环的多闭环控制系统，以实现对三相永磁同步伺服电动机的电流控制。
根据其工作原理、驱动电流波形和控制方式的不同，它又可分为两种伺服系统：
（1）矩形波电流驱动的永磁交流伺服系统。
（2）正弦波电流驱动的永磁交流伺服系统。
采用矩形波电流驱动的永磁交流伺服电动机称为无刷直流伺服电动机，采用正弦波电流驱动的永磁交流伺服电动机称为无刷交流伺服电动机。
3．步进电动机驱动器
步进电动机是将电脉冲信号变换为相应的角位移或直线位移的元件，它的角位移和线位移量与脉冲数成正比。
转速或线速度与脉冲频率成正比。
在负载能力的范围内，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，误差不长期积累，步进电动机驱动系统可以在较宽的范围内，通过改变脉冲频率来调速，实现快速起动、正反转制动。
作为一种开环数字控制系统，在小型机器人中得到较广泛的应用。
但由于其存在过载能力差、调速范围相对较小、低速运动有脉动、不平衡等缺点，一般只应用于小型或简易型机器人中。
步进电动机所用的驱动器，主要包括脉冲发生器、环形分配器和功率放大等几大部分，其原理框图如图2所示。
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。
作为DD驱动技术的关键环节是DD电动机及其驱动器。
它应具有以下特性：
（1）输出转矩大：为传统驱动方式中伺服电动机输出转矩的50～100倍。
（2）转矩脉动小：DD电动机的转矩脉动可抑制在输出转矩的5％～10％以内。
（3）效率：与采用合理阻抗匹配的电动机（传统驱动方式下）相比，DD电动机是在功率转换较差的使用条件下工作的。
因此，负载越大，越倾向于选用较大的电动机。
目前，DD电动机主要分为变磁阻型和变磁阻混合型，有以下两种结构型式：
（1）双定子结构变磁阻型DD电动机；
（2）中央定子型结构的变磁阻混合型DD电动机。
5．特种驱动器
（1）压电驱动器。
众所周知，利用压电元件的电或电致伸缩现象已制造出应变式加速度传感器和超声波传感器，压电驱动器利用电场能把几微米到几百微米的位移控制在高于微米级大的力，所以压电驱动器一般用于特殊用途的微型机器人系统中。
（2）超声波电动机。
（3）真空电动机。
用于超洁净环境下工作的真空机器人，例如用于搬运半导体硅片的超真空机器人等。