工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、工業(yè)機(jī)器人補(bǔ)充資料一、工業(yè)機(jī)器人補(bǔ)充資料二、工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)二、工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)三、工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三、工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第1頁(yè)/共31頁(yè)第2頁(yè)/共31頁(yè)（a）重復(fù)定位精度的測(cè)量（b）合理定位精度，良好重復(fù)定位精度（c）良好定位精度，很差重復(fù)定位精度（d）很差定位精度，良好重復(fù)定位精度第3頁(yè)/共31頁(yè)第4頁(yè)/共31頁(yè)范圍內(nèi)手腕機(jī)械接口處所能承受的最大負(fù)載允許值。第5頁(yè)/共31頁(yè)第6頁(yè)/共31頁(yè)第7頁(yè)/共31頁(yè)第8頁(yè)/共31頁(yè)第9頁(yè)/共31頁(yè)第10頁(yè)/共31頁(yè)第11頁(yè)/共31頁(yè)1. 1. 直流電機(jī)工作原直流電機(jī)工作原理理直流電動(dòng)機(jī)直流

2、電動(dòng)機(jī)通過(guò)換向器將直流轉(zhuǎn)換成電樞繞組中的交流，從而使電樞產(chǎn)生一個(gè)恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩。T=BILr換向器換向器電刷電刷第12頁(yè)/共31頁(yè)2. 2. 矩頻特性曲線：矩頻特性曲線：電流控制曲線和電壓控制曲電流控制曲線和電壓控制曲線。線。3. 3. 直流電機(jī)的控制方式直流電機(jī)的控制方式 改變電壓或電流控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距。其中，其中，K KE E為電為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，動(dòng)勢(shì)常數(shù)， K KT T為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制PWMPWM是利用脈寬調(diào)制器對(duì)大功率晶體管開(kāi)關(guān)放大器的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制，將直流電壓轉(zhuǎn)換成某一頻率的矩形波電壓，加到直流電機(jī)的電樞兩端，通過(guò)對(duì)矩形波脈沖寬度的控制，改變電樞兩端的

3、平均電壓達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。第13頁(yè)/共31頁(yè) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速方便（可無(wú)級(jí)調(diào)速），調(diào)速范圍寬，低速性能好（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流?。\(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速容易控制。4. 4. 直流電機(jī)的特點(diǎn)直流電機(jī)的特點(diǎn) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：換相器需經(jīng)常維護(hù)，電刷極易磨損，必須經(jīng)常更換，噪音比交流電機(jī)大。第14頁(yè)/共31頁(yè)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)1. 工作原理工作原理第15頁(yè)/共31頁(yè)2.2.矩頻特性曲線矩頻特性曲線 同步電機(jī)：同步電機(jī)：定子是永磁體，所謂同步是指轉(zhuǎn)子速度與定子磁場(chǎng)速度相同。異步電機(jī)：異步電機(jī)：轉(zhuǎn)子和定子上都有繞組，所謂異步是指轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子間存在速度差（不是角度差）。第16頁(yè)/共31頁(yè) 同步電機(jī)

4、的特點(diǎn)：同步電機(jī)的特點(diǎn)：體積小。用途：要求響應(yīng)速度快的中等速度以下的工業(yè)機(jī)器人；機(jī)床領(lǐng)域。 伺服電機(jī)的精度由編碼器的精度決定。3.3.交流電機(jī)的特點(diǎn)交流電機(jī)的特點(diǎn) 4.4.交流電機(jī)的控制方式交流電機(jī)的控制方式 改變定子繞組上的電壓或頻率，即電壓控制或頻率控制方式。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：無(wú)電刷和換向器，無(wú)產(chǎn)生火花的危險(xiǎn)；比直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜、價(jià)格高。 異步電機(jī)的特點(diǎn)：異步電機(jī)的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子慣量很小，響應(yīng)速度很快。用途：中等功率以上的伺服系統(tǒng)。第17頁(yè)/共31頁(yè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于開(kāi)環(huán)位置控制系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化。缺點(diǎn)：由于開(kāi)環(huán)控制，所以

5、精度不高。第18頁(yè)/共31頁(yè) 永磁式PM（permanent magnet）；反應(yīng)式（也稱可變磁阻式）VR（variable reluctance），在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式 HB（hybrid），混合式是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。簡(jiǎn)單說(shuō)：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。1.工作原理第19頁(yè)/共31頁(yè) PMPM式步

6、進(jìn)電機(jī)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子是永磁體，定子是繞組，在定子電磁鐵和轉(zhuǎn)子永磁體之間的排斥力和吸引力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，步距角一般為7.5o90o。 VRVR式步進(jìn)電機(jī)式步進(jìn)電機(jī)用齒輪狀的鐵心作轉(zhuǎn)子，定子是電磁鐵。在定子磁場(chǎng)中，轉(zhuǎn)子始終轉(zhuǎn)向磁阻最小的位置。步距角一般為0.9o15o。 HBHB式步進(jìn)電機(jī)式步進(jìn)電機(jī)是PM式和VR式的復(fù)合形式。在永磁體轉(zhuǎn)子和電磁鐵定子的表面上加工出許多軸向齒槽，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理與PM式相同，轉(zhuǎn)子和定子的形狀與VR式相似，步距角一般為0.9o15o。第20頁(yè)/共31頁(yè)2. 2. 運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性3. 3. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn) 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，成本低；控制精度受

7、步距角限制，高負(fù)載或高速度時(shí)易失步，低速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。 起動(dòng)曲線起動(dòng)曲線運(yùn)行曲線運(yùn)行曲線在這個(gè)輸出轉(zhuǎn)矩在這個(gè)輸出轉(zhuǎn)矩區(qū)間，步進(jìn)電機(jī)區(qū)間，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的輸入脈啟動(dòng)時(shí)的輸入脈沖頻率必須緩慢沖頻率必須緩慢增加增加第21頁(yè)/共31頁(yè)實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問(wèn)題；高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到20003000轉(zhuǎn)；抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用；低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合；電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相響應(yīng)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；發(fā)熱和噪音明顯降低。 伺服

8、電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)比較伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)比較伺服電機(jī)的優(yōu)勢(shì)：伺服電機(jī)的優(yōu)勢(shì)：第22頁(yè)/共31頁(yè)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不用齒輪減速器直接驅(qū)動(dòng)，因此具有無(wú)間隙、摩擦小、機(jī)械剛度高等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的位置控制和微小力控制。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：因?yàn)闆](méi)有減速機(jī)構(gòu)，所以容易受載荷的影響。種類：種類：直流力矩電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、VR式電機(jī)等。第23頁(yè)/共31頁(yè)第24頁(yè)/共31頁(yè) 驅(qū)動(dòng)方式的選擇驅(qū)動(dòng)方式的選擇 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器要求啟動(dòng)力矩大、調(diào)速范圍寬、慣量小 選擇驅(qū)動(dòng)方式：負(fù)荷為2000N以下采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 小功率點(diǎn)位控制采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式 大功率大力矩采用液壓驅(qū)動(dòng)方式選擇驅(qū)動(dòng)器容量：額定速度時(shí)的額定功率 關(guān)節(jié)加減速時(shí)加速功率 最不利形位時(shí)的負(fù)載力矩第25頁(yè)/共31頁(yè)應(yīng)用：腕