步进电动机也可以采用三相单、双拍通电方式，通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A……三相绕组经过六次切换完成一个循环，因而称为三相单双六拍。

步距角：而一圈是360°所以一个脉冲，转动的圈数是转速：转/分即步进电机转速取决于脉冲频率、转子齿数和运行拍数。

【提示】步进电动机的转子齿数多，齿距角就小，步距角也就越小，位置精确度就越高。

转子齿数多，步距角就小。

除三相反应式步进电动机外，还有四相、五相、六相反应式步进电动机。

2.永磁感应子式步进电动机定子转子的齿距通常相同。

由于在磁路中含有永久磁钢，所以，永磁感应子式步进电动机的定子绕组断电后，仍有一定的定位转矩。

3.1.电源的相数、电压、电流、通电方式与步进电机的要求相适应；2.满足起动频率和运行频率的要求；3.工作可靠、抗干扰能力强；4.成本低，效率高，安装和维护方便；驱动电源由环形分配器和功率驱动器组成。

【例题·单选题】（2010）步进电动机定子绕组所加的电压为（）电压。

A.直流B.工频（50Hz）交流C.高频交流D.脉冲『正确答案』D『答案解析』步进电动机定子绕组所加的电压为脉冲电压。

参见教材279页。

三、直流伺服电动机及其速度控制以直流伺服电动机作为驱动元件的伺服系统即为直流伺服系统。

直流伺服电动机具有良好的调速性能，尤其是他励（永磁）直流伺服电动机，其机械特性比较硬，即电动机的转速随负载的增加降幅很小，可以看成是一种恒速电动机。

（一）直流伺服电动机（掌握）1.直流主轴电动机。

直流主轴电动机的结构与普遍直流电动机的结构基本相同。

不同点：在主磁极上有补偿绕组；采用轴向强迫通风冷却或热管冷却；尾部有测速反馈元件（主要是测速发电机）。

在基本速度n j以下为恒转矩范围，在基本速度n j以上为恒功率范围。

通常恒转矩速度范围与恒功率速度范围之比为1:2。

【提示】直流主轴电动机一般能承受150%的过载载荷，过载时间随生产厂家而已，1~30min不等。

2.进给直流伺服电动机多采用永磁直流伺服电动机作为驱动元件。

永磁直流伺服电动机由电动机本体和检测部件组成。

电动机本体主要由机壳、定子磁极和转子三部分组成。

永磁直流伺服电动机的定子磁极是一个永磁体，不需要励磁功率。

在同样的输出功率时体积和重量较小。

反馈用的检测部件（测速发电机、旋转变压器及脉冲编码器）同轴安装在电动机的尾部（非轴伸出端）。

永磁直流伺服电动机的转子分为小惯量型和普通型两类。

小惯量型转子又可分无槽转子、空心杯形转子和印刷绕组转子。

优点：是转子惯量小，适合于快速响应的伺服系统。

缺点：过载能力低；当用于数控机床等进给伺服系统中时，由于转子惯量与机械传动系统匹配较差，电动机与机械传动系统不能直接相连，必须采取一些措施。

普通型转子永磁直流伺服电动机具有以下一些特点：（1）低速时输出的转矩大，惯量比较大，能与机械传动系统直接相连，省去齿轮等传动机构，从而有利于减小机械振动和噪声，以及齿隙误差。

（2）转子的热容量大，电动机的过载性能好，一般能加倍过载几十分钟。

（3）调速范围宽，当与高性能速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围可达1:1000以上。

（4）转子惯量比较大，为了满足快速响应的要求，需要加大电源容量。

（5）转子温升高（电动机允许温升可达1500 C～1800 C）可通过转轴传到机械上去，这会影响精密机械的精度。

伺服电动机的工作区域被温度极限线、转速极限线、换向极限线、转矩极限线以及瞬时换向极限线划分成三个区域：Ⅰ 区为连续工作区，在该区域内转矩和转速的任意组合都可以长时间连续工作。

Ⅱ 区为断续工作区，在该区域内电动机只能按允许的工作时间和断电时间歇工作。

Ⅲ 区为加速和减速区，在该区域内电动机只能作加速或减速，工作极短的时间。

选择进给伺服电动机时，一定要满足以下条件：1.机床空载运行时，应在转矩－速度特性曲线的连续工作区；2.电动机加减速过程中的转矩应在加减速区；3.频繁起动、制动以及周期变化的负载，必须检查一个周期内转矩的均方根值，并应小于电动机的连续额定转矩；4.最大负载转矩、加载周期以及过载时间都应在特性曲线允许的范围以内。

【拓展】均方根值的计算方法是先平方、再平均、然后开方。

（二）直流伺服电动机的速度控制方法（熟悉）1.直流主轴电动机的速度控制方法其中，励磁磁通Φ和转子回路电流I a是相互独立的，可以分别进行调节，从而得到良好的静态和动态转矩控制特性。

直流主轴电动机的调速系统为双域调速系统，由转子绕组控制回路和磁场控制回路两部分组成。

在转子绕组控制回路中，通过改变转子绕组电压（即外加电压）调速，适于基本速度以下的恒转矩范围。

在磁场控制回路中，通过改变励磁电流I f （即改变磁通φ）调速，为恒功率调速，适于基本速度以上的恒功率范围。

2.永磁直流伺服电动机的速度控制。

用于数控机床进给伺服系统中的永磁直流伺服电动机多采用改变外加电压的调速方法。

这种调速方法具有恒转矩调速特性、机械特性好、经济性能好等特点。

常采用的调速系统有两种，即晶闸管调速系统和晶体管脉宽调制调速系统。

四、交流伺服电动及其速度控制直流伺服电动机具有优良的调速性能，但它的电刷和换向器容易磨损，需要经常维护；由于换向器换向时会产生火花而使最高转速受到限制；直流电动机结构复杂，制造困难，成本高。

因此，20世纪80年代中期以来，交流伺服电动机得到飞速发展，交流伺服系统正在逐步取代直流伺服系统。

（一）交流伺服电动机（掌握）1.交流主轴电动机是经过专门设计的鼠笼式三相异步电动机。

特点是：（1）没有外壳，定子铁芯直接暴露在空气中，而且有轴向通风孔，以利于电动机冷却、缩小电动机体积，增大了电动机的功率。

（2）转子做成细长型，以便减小转子的转动惯量。

（3）尾部都同轴安装有脉冲发生器（或脉冲编码器）。

交流主轴电动机的功率一速度特性曲线与直流主轴电动机相类似：在基本速度以下为恒转矩区域，在基本速度以上为恒功率区域。

恒功率的速度范围只有1:3的速度比，当速度超过一定值后，功率一速度特性曲线会向下倾斜。

交流主轴电动机也具有一定的过载能力，一般能在额定负载的1.2～1.5倍负载下工作几分钟至半个小时。

【链接】直流主轴电动机一般能承受150%的过载载荷，过载时间随生产厂家而已，1~30min不等。

2.永磁同步交流伺服电动机。

主要由定子、转子和检测部件三部分组成：定子形状与普通感应电动机的定子相似，具有齿槽，内有三相绕组，外表面多呈多边形，且无外壳，这样有利于散热。

转子是永久磁铁。

当定子三相绕组接上电源后，就产生一个旋转磁场，该旋转磁场吸引永磁转子同步旋转。

转子转速为：式中：n r——转子转速；n s——定子旋转磁场转速；f—电源频率；Ｐ——磁极对数。

【注意】无转差率，旋转磁场的转速和永磁转子同步旋转。

而交流三项异步电动机的转速还需要考虑转差率。

交流伺服电动机的性能用特性曲线和数据表来描述。

其中最重要的是电动机的工作曲线，即转矩一速度特性曲线。

交流伺服电动机的机械特性要比直流伺服电动机的机械特性更硬，其直线更接近水平线。

另外，断续工作区的范围更为扩大，尤其是在高速区域，这将有利于提高电动机的加、减速能力。

（二）交流伺服电动机的速度控制方法（熟悉）1.交流主轴电动机的速度控制广泛采用矢量控制调速。

对于交流主轴电动机而言，气隙磁通和转子电流不是独立变量，它们都是转差率S的函数，无法分开进行独立控制。

另外，被控量是既有大小又有相位的矢量，比标量难控制得多。

将交流矢量转换成标量，从而将交流电动机模拟成直流电动机来控制它的转矩，称为交流矢量的直流标量化。

【拓展】矢量又有数值又有方向，如速度，加速度等；标量只有数值没有方向，如质量。

交流电是有相位的，而直流电却没有。

2.永磁同步交流伺服电动机的速度控制由同步电动机的转速计算公式可知，可以通过改变电源频率来实现调速的要求。

改变频率可以采用交—直—交变频器或交—交变频器。

【链接】在第三章的直流电动机中，改变电源频率还有“变频机组”，这种方式运用很少。

第四节工业机器人国家标准GB/T12643－90将工业机器人定义为：工业机器人是一种能自动定位控制，可重复编程、多功能、多自由度的操作机。

能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。

工业机器人不同于机械手。

工业机器人具有独立的控制系统，可以通过编程实现动作程序的变化；而机械手只能完成简单的搬运、抓取及上下料工作，它一般作为自动机或自动线上的附属装置，工作程序固定不变。

一、工业机器人的组成和分类（一）工业机器人的组成（熟悉）工业机器人一般由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。

1.操作机。

也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。

末端执行器又称手部，是操作机直接执行操作的装置。

其上可安装夹持器、工具、传感器等。

夹持器分为机械夹紧、磁力夹紧、液压张紧和真空抽吸四种。

2.驱动装置。

驱动装置为操作机工作提供动力。

按所采用的动力源分为电动、液动和气动三种类型。

3.控制系统。

控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，其功能是控制工业机器人按照要求动作。

一般设计成二级计算机控制或三级计算机控制。

（二）工业机器人的分类（了解）1.按坐标形式分。

（1）直角坐标式（PPP）。

机器人末端执行器（手部）空间位置的改变是通过三个互相垂直的坐标x、y、z轴的移动来实现的。

（2）圆柱坐标式（RPP）。

机器人末端执行器空间位置的改变是由两个移动坐标和一个旋转坐标实现的。

（3）球坐标式（RRP）。

又称极坐标式，机器人手臂的运动由一个直线运动和二个转动组成，即沿x轴的伸缩，绕y轴的俯仰和绕z轴的回转。

（4）关节坐标式（RRR）。

又称回转坐标式，分为垂直关节坐标和平面（水平）关节坐标。

2.按驱动方式分：（1）电力驱动。

使用最多，驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。

目前交流伺服电动机是主流。

（2）液压驱动。

有很大的抓取能力（可抓取高达上千牛力），液压力可达7Mpa，液压传动平稳，防爆性好，动作也较灵敏，但对密封性要求高，对温度敏感。

（3）气压驱动。

结构简单、动作迅速、价格低，但由于空气可压缩而使工作速度稳定性差，气压一般为0.7MPa，抓取力小（几十牛力至一百牛力）。

3.按控制方式分。

（1）点位控制。

适用于上下料、点焊、卸运等作业。

（2）连续轨迹控制。

采用这种控制方式的机器人，常用于焊接、喷漆和检测等作业。

【例题·单选题】（2010）在工业机器人的驱动中，使用最多的是（）。

A.机械驱动B.液压驱动C.电力驱动D.气压驱动『正确答案』C『答案解析』工业机器人中，电力驱动是最多的驱动方式，主要的驱动元件可以是步进电动机、直流伺服电动机或交流伺服电动机。

参见教材300页。

二、工业机器人的特性参数和技术要求（熟悉）（一）特性参数表1.外观和结构。