第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.3直流伺服动力系统 4.3.3 直流伺服电动机的原理
定子励磁电流产生定子电势Fs，转子电枢电流产生转子磁势 为Fr、Fs 和Fr 垂直正交，补偿磁阻与电枢绕组串联，电流又 产生补偿磁势Fc，Fc 与Fr 方向相反，它的作用是抵消电枢磁 场对定子磁场的扭斜
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
工业机器人技术基础
全闭环伺服系统是一种真正的闭环伺服系统。全闭环系统 在结构上与半闭环伺服系统是一样的，只是它的检测元件 直接安装在系统的最终运动部件上，系统反馈的信号是整 个系统真正的最终输出。
第四章 工业机器人动力系统
第四章工业机器人的动力系统
4.1 工业机器人的动力系统的类型 4.1.1.工业机器人的动力系统的类型
工业机器人技术基础
工业机器人动力系统将电能或流体能等转换成机械能的动力 装置，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使工 业机器人完成指定的工作任务，它是用来使机器人运动的动 力机构，好比是机器人的心脏。
直流伺服电动机工作原理
第四章 工业机器人动力系统
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4.3直流伺服动力系统 4.3.4晶体管脉宽调制器式速度控制单元
四个功率晶体管分为两组，VT1和VT4 是一组，VT2 和VT3 为另一组，同一组的两个晶体管同时导通或同时关断。一组 导通另一组关断，两组交替导通和关断，不能同时导通
工业机器人
记忆 示 教装置
控制装置
动力装置
检测装置
第四章 工业机器人动力系统
1.液压动力系统 2.气动动力系统 3.电动动力系统
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驱动系统
优点
缺点
应用领域
液压
快速响应较好，结构易于标准化， 节流效率较高，负载能力大
液压密封问题，在一定条件 常用于喷涂工业机器人和大
下有火灾危险
负载工业机器人
工业机器人技术基础
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 （1）谐波传动机构
谐波发生器通常由凸轮或偏心安装的轴承构成。刚轮为刚性 齿轮，柔轮为能产生弹性变形的齿轮。当谐波发生器连续旋 转时，产生的机械力使柔轮变形，变形曲线为一条基本对称 的谐波曲线
谐波传动机构的结构
第四章 工业机器人动力系统
电液伺服工业机器人动力装置组成框图
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
工业机器人技术基础
1. 工业机器人动力装置的组成
电动式工业机器人 主要包括：位置比较器、速度比较器、信号和功率放大器、驱动电 机、减速器等
电动伺服工业机器人动力装置组成框图
第四章 工业机器人动力系统
第四章 工业机器人动力系统
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4.3直流伺服动力系统
4.3.2直流伺服电动机的类型 1.高速直流伺服电动机
高速直流伺服电动机又可分为普通直流伺服电动机和高性能 直流伺服电动机。普通高速它励式直流伺服电动机的应用历 史最长，但是，这种电动机的转矩-惯量比很小，不能适应现 代伺服控制技术发展的要求。
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
工业机器人技术基础
目录
第一章 工业机器人概论 第二章 工业机器人的数学基础 第三章 工业机器人的机械系统 第四章 工业机器人的动力系统 第五章 工业机器人的感知系统 第六章 工业机器人的控制系统 第七章 工业机器人编程与调试
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
主要内容 4.1 工业机器人的动力系统组成（了解） 4.2 交流伺服动力系统（掌握） 4.3 直流伺服动力系统（掌握） 4.4 液压气动系统主要设备及特性（掌握）
1. 工业机器人动力装置的组成 主要包括：气源、控制调节元件、辅助元件与装置、气动动力机构等
气动工业机器人动力装置组成框图
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
工业机器人技术基础
1. 工业机器人动力装置的组成
液压式工业机器人 主要包括：油源、执行机构、控制调节元件、辅助元件等
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4.2交流伺服动力系统 4.2.2交流伺服电动机的类型
1. 感应异步交流伺服电机
异步交流伺服电动机的结构分为两大部分，即定子和转子 部分。在定子铁心中安放着空间成90度度的两相定子绕组 ，其中一相为励磁绕组始终通以交流电压，另一相为控制 绕组，输入同频率的控制电压，改变控制电压的幅值或相 位可实现调速。转子的结构通常为笼形。
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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
（2）丝杠传动机构
工业机器人采用丝杠 螺母传动的手臂升降 机构。由电动机1带动 蜗杆2使蜗轮5回转， 依靠蜗轮内孔的螺纹 带动丝杠4作升降运动。 为了防止丝杠的转动， 在丝杠上端铣有花键， 与固定在箱体6上的花 键套7组成导向装置。
第四章 工业机器人动力系统
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4.2交流伺服动力系统 4.2.1 交流伺服系统的分类 2.半闭环伺服系统
半闭环伺服系统属于闭环系统，具有反馈环节，所以在原 理上它具有闭环系统的一切特性和功能。它的检测元件与 伺服电机同轴相连，通过直接测出电机轴旋转的角位移或 角速度来推知执行机械的实际位移或速度，它对实际位置 移动或运行速度采用的是间接测量的方法，所以半闭环伺 服系统存在测量转换误差。
气动 电动
快速响应较好，结构简单，易于标 准化，安装要求不太高、成本低
高于10个大气压有爆炸的危 多用于点位控制的搬运机器
险
人
结构简单，控制灵活，精度高
对于直流有刷电气防爆性能 应用于各类精度较高的弧焊、
较差
装配工业机器人
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4.1.2 工业机器人的动力系统的组成
工业机器人技术基础
模拟式位置控制系统原理图
数字式位置控制系统原理图
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4.2交流伺服动力系统 4.2.5.交流伺服调速
1. 绝对值运算器 2. 函数发生器 3. 逻辑控制器
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SPWM变频调速原理图
第四章 工业机器人动力系统
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4.3直流伺服动力系统
4.3.1直流伺服系统的分类
第四章 工业机器人动力系统
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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
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.3直流伺服动力系统
4.3.2直流伺服电动机的类型
2.低速大扭矩宽调速电动机
低速大扭矩宽调速电动机又称为直流力矩电机，由于它的转 子直径较大，线圈绕组多，所以力矩大，转矩—惯量比高， 热容量高，能长时间过载，不需要中间传动装置就可以直联 丝杠工作；并且，由于没有励磁回路的损耗，它的外形尺寸 比其它直流伺服电机小。另外，低速大扭矩宽调速电动机还 有一个重要的特点：低速特性好，能够在较低的速度下平稳 运行，最低速可以达到1r/min，甚至达到0.1r/min。
工业机器人丝杠螺母传动的手臂升降机构
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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
工业机器人丝杠螺母传动的手臂升降机构
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4.2交流伺服动力系统
4.2.3交流伺服电动机的原理
驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作 用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动 器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
1. 幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改 变控制电压的大小。 2. 相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变， 改变控制电压的相位。 3. 幅值一相位控制同时改变控制电压幅值和相位.交流伺服电 动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。
2．减弱励磁磁通φ，电枢加以恒定电压，用改变励磁磁通 的方法来实现调速控制，这种方法也称为磁场控制。
3．改变电枢回路电阻R来实现调速控制。
第四章 工业机器人动力系统
4.3直流伺服动力系统 4.3.5 直流伺服调速
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1．调节电枢供电电压U，电动机加以恒定励磁，用改变电枢 两端电压U的方式来实现调速控制，这种方法也称为电枢控 制。
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 4.2.1 交流伺服系统的分类 1. 开环伺服系统