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2.2 工业机器人的驱动方式


相四拍运行方式:AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式: AAB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角:对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用θ表 示。一般步进电机的精度为步距角的3-5%,且不累积。 失步:电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数。
保持转距(HOLDING TORQUE)或静转矩是指电机各相绕
步进电机的基本特点:



• •
步进电机受点脉冲信号的控制。每输入以各脉冲信号,就变换 以磁绕组的通电状态,电机就相应的转动以步,因此电机的总 回转角合输入脉冲个数严格成正比关系,电机的转速则正比于 脉冲的输入频率。改变步进电机的定子绕组的通电顺序,可以 获得所需要的转向。改变输入脉冲频率,则可以得到所需要的 转速(但是不能够超出极限频率)。 当步进电机脉冲输入停止时,只要维持绕组的激励电流不变, 电机保持在原固定位置上,因此可以获得较高的定位精度,不 需要安装机械制动装置从而达到精确制动。 误差不长期积累,转角精度高。由于每转过360°后,转子的累 积误差为零,转角精度较高。 反映时间快。 缺点:效率低、没有过载能力。
莫 托 曼 机 器 人 搬 运 喷 涂 机 器 人2.气压驱动:Fra bibliotek分类:

直线气缸,摆动汽缸及旋转气动马达。 适合于节拍快、负载小且精度要求不高 的场合(因为空气具有可压缩性)。

适用范围:

3.电机驱动:

分类:


按照电机的工作原理不同分为步进电机、 直流伺服电机、无刷电机等。 按照控制水平的高低来分分为开环控制 系统和闭环控制系统。 适合于中等负载,特别适合于动作复杂、 运动轨迹严格的各类机器人。
组通额定电流,且处于静态锁定状态时,电机所能输出的最大转距。
是电机选型时最重要的参数之一。通常步进电机在低速时的力矩接
近保持转矩。比如,当说2Nm的步进电机时,在没有特殊说明的情 况下一般是指保持转矩为2Nm的步进电机。 定位转矩是指电机各相绕组不通电且处于开路状态时,由于混 合式电机转子上有永磁材料产生磁场,从而产生的转矩。一般定位 转矩远小于保持转距。是否存在定位转距是混合式步进电机区别于
2.实现回转运动的液压马达:

液压马达是将液压能转换为机械 能的装置。从构成来看,液压马 达分为齿轮式、叶片式以及轴向 柱塞式。
叶片式液压马 达工作原理图:
工作流程:
压力油进入油腔a—作用在 叶片2的右侧、叶片1的左 侧—叶片2伸出面积大—推 力大—推动叶片顺时针旋 转—转至b腔回油—带动中 心轴回转—液压能转变为机 械能。

适用范围:

二、对驱动装置的要求



驱动装置的质量尽可能要轻。单位质量 的输出功率要高,效率高。 反应速度要快。要求力质量比和力矩转 动惯量比要大。 动作平滑,不产生冲击。 控制灵活,位移偏差和速度偏差小。 安全可靠。 操作维修方便等。
三、液压驱动装置
1.实现直线运动的液压缸:
C A N 接 口
CAN总线 以太网总线
测试传感器 执行器
信号调理 驱动器
A D 变 换 器
微 控 制 器
C A N 接 CAN总线 口
。。。。。。
CAN总线
单元控制器
1. 单片机 2. DSP 3. ARM 4. PLC 5. 工控机
。。。。。。。
工业机器人的驱动方式
一、驱动装置的分类
机器人驱动分为液压、气动和电动 三种形式。
1.液压驱动:

分类:


从运动形式来分分为直线驱动如直线运动液压缸 和旋转驱动如液压马达、摆动液压缸。 从控制分为开环控制液压系统和闭环控制液压系 统。

适用范围:


液压系统具有较大的功率体积比,适合于大负载 的情形。 液压驱动的本质优点在于它的安全性。如喷漆时 要求工作区域所带电压不超过9V。
超声波电机(一种未来很有希望的电机)
工作原理:当给压电陶瓷施加一 定方向的电压时,各部分产生的 应变方向相反(在正电压作用下, +的部分伸长,-的部分压缩), +、-部分交替相接。在交流电压 的作用下,压电陶瓷就会沿圆周 方向产生交替的伸缩变形,定子 弹性体的上下运动产生驻波。此 外,由于重叠在一起的两片压电 陶瓷的相位差为90O,所以,在 形成驻波的同时也会在水平方向 形成行波。这样,在驻波和行波 特点: 超声波电机具有体积小, 的合成波的作用下,使定子作椭 重量轻,不用制动器,速度和位置控 圆运动轨迹的振动。这样,装在 制灵敏度高,转子惯性小,响应性能 定子上的转子在摩擦力的作用下 好,没有电磁噪声等普通电机不具备 就会产生旋转。同样也有直线运 动的超声波电机。 的优点。
1.2驱动传动带
如上图,3相步进电机(1.2°/步)驱动物体运动1秒钟。驱动 轮的周长即旋转一圈移动的距离大约为50[mm]。 因此,所需要的必要脉冲数为
步进电机与单片机的接口
由硬件完成脉冲分配的功能
PMAC运动控制卡
单元控制模式
测试传感器
信号调理 驱动器
执行器
A D 变 换 器
微 控 制 器

挡板4处于控制喷嘴5中间位置→工作阀芯7不动作→ 力矩马达1通电→挡板4移动→改变喷嘴5口径大小→ 工作阀芯7两端产生压差→阀芯移动
喷嘴挡板阀结构示意图:
力矩马达
前置阀
功率阀
喷嘴挡板阀结构示意图:
四、电机驱动装置的工作原理
1.步进电机:
1.
2.
概述: 步进电机是一种电脉冲信号转换成机械角位移的机 电执行元件。当有脉冲信号输入时,步进电机就一 步一步的转动,每个输入脉冲对应电机的一个固定 转角,故称为步进电机。步进电机属于同步电机, 多数情况用做伺服电机,且控制简单,工作可靠, 能够得到较高的精度。它是唯一能够以开环结构用 于数控机床的伺服电动机。 步进电机按其励磁相数可分为三相、四相、五相、 六相等;按其工作原理可分为反应式、永磁式合混 合式三大类。
直接驱动电机(direct drive:DD)
优点:不用齿轮减速器直接驱动,因此具有无间隙、摩擦小、 机械刚度高等优点,可以实现高速、高精度的位置控制和微小力 控制。 缺点:因为没有减速机构,所以容易受载荷的影响。 种类:直流力矩电机、无刷直流电机、VR式电机等。
这是 什么?
驱动滚轴丝杆 如下图,3相步进电机(1.2°/步)驱动物体运动1秒钟,则必要脉冲数和驱 动脉冲速度的计算方法如下:
必要脉冲数= 10 × 360° 1.2° =3000[脉冲]
自启动方式驱动1秒钟,则驱动脉冲 速度应该这样计算: 3000[Pulse]/1[sec]=3[kHz] 但是,启动速度不可能是3kHz,应 该采用加/减速运行方式来驱动。 设:加/减速时间设置为定位时间的 25%,启动脉冲速度为500[Hz],则
闭环伺服系统图例(1):
液压伺服系统原理图
闭环伺服系统图例(2):
用伺服阀控制液压缸简化原理图
3.闭环伺服控制系统(2):

核心液压元件:

在闭环伺服控制系统中,核心液压元件是电液 伺服阀。 电液伺服阀是一种接受电气模拟信号,输出相 应调制流量和压力的液压控制阀。 电液伺服阀的种类繁多。按液压放大器的级数 可分为单级、两级和三级;按第一级液压放大 器的结构分,有滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀 等。其中以双喷嘴挡板阀为最常用。

主要构成:

主要由活塞、 活塞杆、缸体、 缸盖、密封圈、 进出油口等构 成。

工作原理:
单活塞杆液压缸结构图:
主要构成:
1、18—缸盖 11—活塞 12—活塞杆 3—进、出油 口 7、 8、9、 15、16—密封圈
数字液压缸
数字液压缸原理
技术特点
1.1、适合多参数多系统协同工作。 1.2、高分辨率运动控制精度。可实现大型机械装备微米级的运动控制,且响应迅速 1.3、无损失远程控制执行。可通过网络等远程进行系统的操控。 1.4、运动特性完全数字化。速度、行程与电脉冲有直接的对应关系, 2、优秀的生存力 2.1、高电磁兼容性 2.1.1、高抗干扰。由于传输采用数字脉冲功率信号可控性好。 2.1.2、低电磁辐射。 2.2、抗大加速度冲击振动。由于数字液压器件不采用线性电磁铁作为控制核心,因 此抗冲击和震动能力大大提高。 2.3、高抗污染。对液压油的过滤精度没有严格要求,甚至液压油受到污染,同样不 会造成系统的精度降低,更不会造成严重的误动作甚至是事故。 2.4、宽范围的工作介质。无论采用矿物油还是水基乳化液等都可以很好工作。 2.5、容易实现防爆。 2.6、快速实现自动和手动的转换控制。可以随时通过简单和轻便的方式实现人工控 制,即便是超大载荷,依然可以单手指操控,避免装备失控。 3、简单的设计、使用及维护性。
步进电机工作原理图(1):
定子 15°
15° 转子
A相通电
B相通电
C相通电
步进电机驱动(stepping motor)
步进电机驱动系统主要用于开环位置控制系统。优点:控制
较容易,维修也较方便,而且控制为全数字化。缺点:由于开环
控制,所以精度不高。
2. 相关术语
相数:产生不同N、S对磁场的激磁线圈对数。 拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态。四
起动曲线 运行曲线
在这个输出转矩 区间,步进电机 启动时的输入脉 冲频率必须缓慢 增加
4. 步进电机驱动的特点
控制系统简单可靠,成本低;控制精度受步距角限制,高负
载或高速度时易失步,低速运行时会产生步进运行现象。
伺服电机与步进电机比较
伺服电机的优势: 1、实现了位置,速度和力矩的闭环控制;克服了步进电机失步

作用及特点:


分类:

3.闭环伺服控制系统(3):
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