设备自身无爆炸和 火灾危险。直流有 刷电动机换向时有 火花，对环境的防 爆性能较差
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三种基本驱动系统的主要性能特点
内容
液压驱动
气动驱动
电动驱动
对环境的影 响
泄漏对环境有污染
排气时有噪声
很小
效率与成本
效率中等(0.3～0.6)， 液压元件成本较高
效 气 单，源率成方低本便(0低.、15结～构0.简2) ，效成本率高为O.5左右，
驱动,
接驱动
噪声低。电动机一
功率／质量比大， 功率／质量比较大，般需配置减速装置。
体积小，结构紧凑， 体积小，结构紧凑，除 DD 电 动 机 外 ，
密封问题较大
密封问题较小
难以进行爆性能较好，用液 压油作传动介质，在 一定条件下有火灾危 险
防爆性能好，高于 1000kPa(10 个 大 气 压)时应注意设备的 抗压性
内容
液压驱动
气动驱动
电动驱动
很大, 输出功率 压力范围为:
50～1400N/cm2,
液体的不可压缩性
控制精度较高，
控制性能
可无级调速， 反应灵敏，
可实现连续轨迹控制
大 压力范围为
40～60N/cm2，
最大可达100N/cm2
气体压缩性大， 精度低， 阻尼效果差， 低速不易控制， 难以实现伺服控制
较大
维修及使用
方便，但油液对环境 温度有一定要求
方便
较复杂
适用于中小负载， 适用于中小负载，
在工业机器 人中
应用范围
适用于重载、低速驱 动，电液伺服系统适 用于喷涂机器人、重 载点焊机器人和搬运 机器人
快速驱动，精度要 求较低的有限点位 程序控制机器人。 如冲压机器人、机 器人本体的气动平 衡及装配机器人气
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)三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。
6) 速度、转矩混合方式； 12) 加减速时间设置等。
7) 转矩限制；
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步进电动机驱动器
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。 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。
4.1 工业机器人驱动系统 4.2 工业机器人控制系统 4.3 工业机器人典型控制方法 4.4 工业机器人控制系统构成 4.5 工业机器人使用的传感器
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4.1 工业机器人驱动系统
4.1.1 驱动系统分类
按动力源划分
液压驱动系统 气动驱动系统 电动驱动系统 复合式驱动系统 新型驱动系统
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4.1.3 工业机器人主要的驱动系统
工业机器人主要的驱动系统：电液伺服驱动系统、 气动驱动系统、电动驱动系统。
早期的机械手和机器人中，其操作机多应用连杆 机构中的导杆、滑块、曲柄，多采用液压(气压) 活塞缸(或回转缸)来实现其直线和旋转运动。
随着控制技术的发展，对机器人操作机各部分动 作要求的不断提高，电动机驱动在机器人中应用 日益广泛。
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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；
8) 位置偏差过大报警；
2) 速度控制方式；
9) 速度PID参数设置；
3) 转矩控制方式；
10) 速度及加速度前馈
4) 位置、速度混合方式； 参数设置；
5) 位置、转矩混合方式； 11) 零漂补偿参数设置；
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直流电机驱动（DC motor）
止口
直流电机工作原理
电刷
左 手 定 则
换向器
T=BILr
直流电动机通过 换向器将直流转 换成电枢绕组中 的交流，从而使 电枢产生一个恒 定方向的电磁转 矩。
2、工业机器人采用的电动机驱动器
电动机驱动器类型包括：直流伺服电动机驱动器、同 步式交流伺服电动机驱动器、步进电动机驱动器、直 接驱动、特种驱动器。 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。
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4.1.2 驱动系统设计的选用原则
一般情况下，各种机器人驱动系统的设计选用原 则：
1）控制方式 2）作业环境要求 3）操作运行速度
从事喷涂作业的工业机器人， 由于工作环境需要防爆，考 虑到其防爆性能，多采用电 液伺服驱动系统和具有本征 防爆的交流电动伺服驱动系 统。
要求具有较高的位 置控制精度，速度 较高的机器人。如 AC 伺 服 喷 涂 机 器 人、点焊机器人、 弧焊机器人、装配
动夹具
机器人等
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4.1.2 驱动系统设计的选用原则
一般情况下，各种机器人驱动系统的设计选用原 则：
1）控制方式 2）作业环境要求 3）操作运行速度
低速重负载时可选用液压驱 动系统； 中等负载时可选用电动驱动 系统； 轻负载时可选用电动驱动系 统； 轻负载、高速时可选用气动 驱动系统
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结 束！
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液压驱动工业机器人（码垛、焊接）
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气动驱动工业机器人（搬运 ）
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喷涂机器人
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1、电液伺服驱动系统
电液伺服驱动控制系统是由电气信号处理单元与 液压功率输出单元组成的闭环控制系统。
具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、 输出功率大、结构紧凑、功率质量比大等特点， 在机器人驱动系统中得到广泛应用。
采用电液伺服系统的工业机器人，具有点位控制 和连续轨迹控制功能，并具有防爆性能。
气动执行装置的种类：气缸、气动马达。
气动驱动
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电动驱动是一种将电信号转换成角位移或线位 移的驱动方法。比如步进电动机是将电脉冲信号 转化为位移或者是角位移的驱动方法。
电动驱动
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新型执行装置：
压电执行装置：利用在压电陶瓷等材料上施加电压而产生变 形的压电效应。
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4.1.2 驱动系统设计的选用原则
一般情况下，各种机器人驱动系统的设计选用原 则：
1）控制方式 2）作业环境要求 3）操作运行速度
要求其有较高的点位重复精 度和较高的运行速度，通常 在速度相对较低(≤4.5m／s) 情况下，可采用AC、DC或步 进电动机伺服驱动系统； 在速度、精度要求均很高的 条件下，多采用直接驱动 (DD)电动机驱动系统。
步进电动机驱动器
优点：在负载能力的范围内，位移量与脉冲数成 正比的关系、速度与脉冲频率成正比的关系，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。
不足：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。
形状记忆合金执行装置：利用镍钛合金等材料具有的形状随 温度变化，温度恢复时形状也恢复的形状记忆性质。
运动 控制
卡
端子 板
驱动 器
数字 计算
机
图像 采集
卡
A/D
执行装置（电 机、液压等）
执行机构 （臂、手等）
传感器（视 觉、触觉等）
环境 （控制 对象）
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三种基本驱动系统的主要性能特点
基本驱动类型
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由一般的发动机带动液压泵，液压泵转动形成高压液 流（也就是动力），液压管路将高压液体（一般是液 压油）接到液压马达，是液压马达转动，形成驱动力。
液压驱动
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与液压驱动相似，传动介质不同。利用气 体的抗挤压力来实现力的传递。
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使用。步进电动机主要适 于开环控制系统，一般用于位置和速度精度要求不高 的环境。
机器人关节驱动电动机的功率范围—般为0.1～
10kW。
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4.1.4 工业机器人驱动系统中的电动机驱动器 1、工业机器人电动机驱动原理
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电液伺服驱动的工业机器人所采用的电液转换和 功率放大元件有电液伺服阀、电液比例阀等。
电液伺服动力机构：电液伺服马达、电液伺服液 压缸、电液步进马达、电液步进液压缸、液压回 转伺服执行器等。
采用电液伺服驱动的工业机器人系统设计中，应 注意伺服阀的布置，以使伺服阀与驱动器之间连 接的管线距离最短，以提高系统的动态响应。