工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)PPT課件

1、第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 第1頁/共42頁4 4.1 .1 工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的類型工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的類型第四章工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)第四章工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)將電能或流體能等轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動力工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)將電能或流體能等轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的動力裝置，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使工裝置，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使工業(yè)機(jī)器人完成指定的工作任務(wù)，它是用來使機(jī)器人運(yùn)動的動業(yè)機(jī)器人完成指定的工作任務(wù)，它是用來使機(jī)器人運(yùn)動的動力機(jī)構(gòu)，好比是機(jī)器人的心臟。力機(jī)構(gòu)，好比是機(jī)器人的心臟。工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的類型工業(yè)機(jī)器人的動力

2、系統(tǒng)的類型第2頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域液壓快速響應(yīng)較好，結(jié)構(gòu)易于標(biāo)準(zhǔn)化，節(jié)流效率較高，負(fù)載能力大液壓密封問題，在一定條件下有火災(zāi)危險常用于噴涂工業(yè)機(jī)器人和大負(fù)載工業(yè)機(jī)器人氣動快速響應(yīng)較好，結(jié)構(gòu)簡單，易于標(biāo)準(zhǔn)化，安裝要求不太高、成本低高于10個大氣壓有爆炸的危險多用于點(diǎn)位控制的搬運(yùn)機(jī)器人電動結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，精度高對于直流有刷電氣防爆性能較差應(yīng)用于各類精度較高的弧焊、裝配工業(yè)機(jī)器人第3頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成1. 1. 工業(yè)機(jī)器人動力裝置的組

3、成工業(yè)機(jī)器人動力裝置的組成主要包括：氣源、控制調(diào)節(jié)元件、輔助元件與裝置、氣動動力機(jī)構(gòu)等主要包括：氣源、控制調(diào)節(jié)元件、輔助元件與裝置、氣動動力機(jī)構(gòu)等氣動工業(yè)機(jī)器人動力裝置組成框圖氣動工業(yè)機(jī)器人動力裝置組成框圖第4頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成1. 1. 工業(yè)機(jī)器人動力裝置的組成工業(yè)機(jī)器人動力裝置的組成液壓式工業(yè)機(jī)器人液壓式工業(yè)機(jī)器人主要包括：油源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制調(diào)節(jié)元件、輔助元件等主要包括：油源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制調(diào)節(jié)元件、輔助元件等電液伺服工業(yè)機(jī)器人動力裝置組成框圖電液伺服工業(yè)機(jī)器人動力裝置組成框圖第5頁/共42

4、頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成1. 1. 工業(yè)機(jī)器人動力裝置的組成工業(yè)機(jī)器人動力裝置的組成電動式工業(yè)機(jī)器人電動式工業(yè)機(jī)器人主要包括：位置比較器、速度比較器、信號和功率放大器、驅(qū)動電主要包括：位置比較器、速度比較器、信號和功率放大器、驅(qū)動電機(jī)、減速器等機(jī)、減速器等電動伺服工業(yè)機(jī)器人動力裝置組成框圖電動伺服工業(yè)機(jī)器人動力裝置組成框圖第6頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成2.2.工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的組成工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的組成（1 1）諧波傳動

5、機(jī)構(gòu)）諧波傳動機(jī)構(gòu)諧波傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)諧波傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)諧波發(fā)生器通常由凸輪或偏心安裝的軸承構(gòu)成。剛輪為剛性諧波發(fā)生器通常由凸輪或偏心安裝的軸承構(gòu)成。剛輪為剛性齒輪，柔輪為能產(chǎn)生彈性變形的齒輪。當(dāng)諧波發(fā)生器連續(xù)旋齒輪，柔輪為能產(chǎn)生彈性變形的齒輪。當(dāng)諧波發(fā)生器連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的機(jī)械力使柔輪變形，變形曲線為一條基本對稱轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的機(jī)械力使柔輪變形，變形曲線為一條基本對稱的諧波曲線的諧波曲線第7頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成2.2.工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的組成工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的組成（2 2）絲杠傳動機(jī)構(gòu)）絲杠傳動機(jī)構(gòu)工

6、業(yè)機(jī)器人采用絲杠工業(yè)機(jī)器人采用絲杠螺母傳動的手臂升降螺母傳動的手臂升降機(jī)構(gòu)。由電動機(jī)機(jī)構(gòu)。由電動機(jī)1 1帶動帶動蝸桿蝸桿2 2使蝸輪使蝸輪5 5回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)，依靠蝸輪內(nèi)孔的螺紋依靠蝸輪內(nèi)孔的螺紋帶動絲杠帶動絲杠4 4作升降運(yùn)動。作升降運(yùn)動。為了防止絲杠的轉(zhuǎn)動，為了防止絲杠的轉(zhuǎn)動，在絲杠上端銑有花鍵，在絲杠上端銑有花鍵，與固定在箱體與固定在箱體6 6上的花上的花鍵套鍵套7 7組成導(dǎo)向裝置。組成導(dǎo)向裝置。工業(yè)機(jī)器人絲杠螺母傳動的手臂升降機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人絲杠螺母傳動的手臂升降機(jī)構(gòu)第8頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人的動力系統(tǒng)的組成2.2

7、.工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的組成工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的組成工業(yè)機(jī)器人絲杠螺母傳動的手臂升降機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人絲杠螺母傳動的手臂升降機(jī)構(gòu)帶傳動和鏈傳動用于帶傳動和鏈傳動用于傳遞平行軸之間的回傳遞平行軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，或把回轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)動，或把回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動。動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動。工業(yè)機(jī)器人中的帶傳工業(yè)機(jī)器人中的帶傳動和鏈傳動分別通過動和鏈傳動分別通過帶輪或鏈輪傳遞回轉(zhuǎn)帶輪或鏈輪傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動運(yùn)動（3 3）帶傳動和鏈傳動）帶傳動和鏈傳動第9頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 2.2.工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的組成工業(yè)機(jī)器人傳動機(jī)構(gòu)的組成工業(yè)機(jī)器人絲杠螺母傳動的手臂升降機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人絲杠螺母

8、傳動的手臂升降機(jī)構(gòu)帶傳動和鏈傳動用于帶傳動和鏈傳動用于傳遞平行軸之間的回傳遞平行軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，或把回轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)動，或把回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動。動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動。工業(yè)機(jī)器人中的帶傳工業(yè)機(jī)器人中的帶傳動和鏈傳動分別通過動和鏈傳動分別通過帶輪或鏈輪傳遞回轉(zhuǎn)帶輪或鏈輪傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動運(yùn)動（3 3）帶傳動和鏈傳動）帶傳動和鏈傳動第10頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)的分類交流伺服系統(tǒng)的分類1. 1. 開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)是一種沒有位置或速度反饋的控制系統(tǒng)，它開環(huán)伺服系統(tǒng)是一種沒有位置或速度反饋的控制系統(tǒng)

9、，它的伺服機(jī)構(gòu)按照指令裝置發(fā)來的移動指令，驅(qū)動機(jī)械做相的伺服機(jī)構(gòu)按照指令裝置發(fā)來的移動指令，驅(qū)動機(jī)械做相應(yīng)的運(yùn)動。系統(tǒng)的輸出位移與輸入指令脈沖個數(shù)成正比，應(yīng)的運(yùn)動。系統(tǒng)的輸出位移與輸入指令脈沖個數(shù)成正比，所以在控制整個系統(tǒng)時，只要精確的控制輸入脈沖的個數(shù)所以在控制整個系統(tǒng)時，只要精確的控制輸入脈沖的個數(shù)就可以準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)的輸出，但是這種系統(tǒng)精度比較低，就可以準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)的輸出，但是這種系統(tǒng)精度比較低，運(yùn)行不是很平穩(wěn)。運(yùn)行不是很平穩(wěn)。第11頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)的分類交流伺服系統(tǒng)的分類2.2.半

10、閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)屬于閉環(huán)系統(tǒng)，具有反饋環(huán)節(jié)，所以在原半閉環(huán)伺服系統(tǒng)屬于閉環(huán)系統(tǒng)，具有反饋環(huán)節(jié)，所以在原理上它具有閉環(huán)系統(tǒng)的一切特性和功能。它的檢測元件與理上它具有閉環(huán)系統(tǒng)的一切特性和功能。它的檢測元件與伺服電機(jī)同軸相連，通過直接測出電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的角位移或伺服電機(jī)同軸相連，通過直接測出電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的角位移或角速度來推知執(zhí)行機(jī)械的實際位移或速度，它對實際位置角速度來推知執(zhí)行機(jī)械的實際位移或速度，它對實際位置移動或運(yùn)行速度采用的是間接測量的方法，所以半閉環(huán)伺移動或運(yùn)行速度采用的是間接測量的方法，所以半閉環(huán)伺服系統(tǒng)存在測量轉(zhuǎn)換誤差服系統(tǒng)存在測量轉(zhuǎn)換誤差。第12頁/共42頁第四章第四

11、章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)的分類交流伺服系統(tǒng)的分類3.3.閉環(huán)伺服系統(tǒng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)全閉環(huán)伺服系統(tǒng)是一種真正的閉環(huán)伺服系統(tǒng)。全閉環(huán)系統(tǒng)全閉環(huán)伺服系統(tǒng)是一種真正的閉環(huán)伺服系統(tǒng)。全閉環(huán)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)是一樣的，只是它的檢測元件在結(jié)構(gòu)上與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)是一樣的，只是它的檢測元件直接安裝在系統(tǒng)的最終運(yùn)動部件上，系統(tǒng)反饋的信號是整直接安裝在系統(tǒng)的最終運(yùn)動部件上，系統(tǒng)反饋的信號是整個系統(tǒng)真正的最終輸出。個系統(tǒng)真正的最終輸出。第13頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流

12、伺服動力系統(tǒng)交流伺服電動機(jī)的類型交流伺服電動機(jī)的類型1. 1. 感應(yīng)異步交流伺服電機(jī)感應(yīng)異步交流伺服電機(jī)異步交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)分為兩大部分，即定子和轉(zhuǎn)子異步交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)分為兩大部分，即定子和轉(zhuǎn)子部分。在定子鐵心中安放著空間成部分。在定子鐵心中安放著空間成9090度度的兩相定子繞組度度的兩相定子繞組，其中一相為勵磁繞組始終通以交流電壓，另一相為控制，其中一相為勵磁繞組始終通以交流電壓，另一相為控制繞組，輸入同頻率的控制電壓，改變控制電壓的幅值或相繞組，輸入同頻率的控制電壓，改變控制電壓的幅值或相位可實現(xiàn)調(diào)速。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)通常為籠形。位可實現(xiàn)調(diào)速。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)通常為籠形。第14頁/共42頁第

13、四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服電動機(jī)的類型交流伺服電動機(jī)的類型2.2.永磁同步交流伺服電機(jī)永磁同步交流伺服電機(jī)永磁同步伺服電動機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成。在永磁同步伺服電動機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成。在轉(zhuǎn)子上裝有特殊形狀高性能的永磁體，用以產(chǎn)生恒定磁場轉(zhuǎn)子上裝有特殊形狀高性能的永磁體，用以產(chǎn)生恒定磁場，無需勵磁繞組和勵磁電流。，無需勵磁繞組和勵磁電流。永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖第15頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服電動機(jī)的

14、原理交流伺服電動機(jī)的原理驅(qū)動器控制的驅(qū)動器控制的U/V/WU/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動用下轉(zhuǎn)動，同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。1. 1. 幅值控制控制電流與勵磁電流的相位差保持幅值控制控制電流與勵磁電流的相位差保持9090不變，改不變，改變控制電壓的大小。變控制電壓的大小。2. 2. 相位控制控制電壓與勵磁電壓的大小，保持額定值不變，相位控制控制電壓與勵磁電壓的大小，保持額定值不變，

15、改變控制電壓的相位。改變控制電壓的相位。3. 3. 幅值一相位控制同時改變控制電壓幅值和相位幅值一相位控制同時改變控制電壓幅值和相位. .交流伺服電交流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨控制電壓相位的反相而改變。動機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)向隨控制電壓相位的反相而改變。第16頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流永磁同步伺服驅(qū)動器交流永磁同步伺服驅(qū)動器交流永磁同步伺服驅(qū)動器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動單交流永磁同步伺服驅(qū)動器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動單元、通訊接口單元、伺服電動機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測器件組成元、通訊接口單元、伺服電動機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測

16、器件組成 交流永磁同步伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)交流永磁同步伺服驅(qū)動器結(jié)構(gòu)第17頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流永磁同步伺服驅(qū)動器交流永磁同步伺服驅(qū)動器功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。1. 1.功率驅(qū)動單元功率驅(qū)動單元三相逆變電路三相逆變電路第18頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流永磁同步伺服驅(qū)動器交流永磁同步伺服

17、驅(qū)動器控制單元是整個交流伺服系統(tǒng)的核心控制單元是整個交流伺服系統(tǒng)的核心, ,實現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速實現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩和電流控制器。度控制、轉(zhuǎn)矩和電流控制器。2.2. 控制單元控制單元模擬式位置控制系統(tǒng)原理圖模擬式位置控制系統(tǒng)原理圖數(shù)字式位置控制系統(tǒng)原理圖數(shù)字式位置控制系統(tǒng)原理圖第19頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.24.2交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服動力系統(tǒng)交流伺服調(diào)速交流伺服調(diào)速2. 2. 函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器 1. 1. 絕對值運(yùn)算器絕對值運(yùn)算器 SPWMSPWM變頻調(diào)速原理圖變頻調(diào)速原理圖3. 3. 邏輯控制器邏輯控制器第20頁/共42頁第四章

18、第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.34.3直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)的分類直流伺服系統(tǒng)的分類直流無刷伺服電機(jī)的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動慣量小、啟動電壓低、空載直流無刷伺服電機(jī)的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動慣量小、啟動電壓低、空載電流小電流小 棄接觸式換向系統(tǒng)，大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速高棄接觸式換向系統(tǒng)，大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速高達(dá)達(dá)100 000rpm100 000rpm；無刷伺服電機(jī)在執(zhí)行伺服控制時，無須編碼；無刷伺服電機(jī)在執(zhí)行伺服控制時，無須編碼器也可實現(xiàn)速度、位置、扭矩等的控制；容易實現(xiàn)智能化，器也可實現(xiàn)速度、位置、扭矩等的控制；容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正

19、弦波換相；不存在其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相；不存在電刷磨損情況，除轉(zhuǎn)速高之外，還具有壽命長、噪音低、無電刷磨損情況，除轉(zhuǎn)速高之外，還具有壽命長、噪音低、無電磁干擾等特點(diǎn)。電磁干擾等特點(diǎn)。1. 1.直流有刷伺服電機(jī)直流有刷伺服電機(jī)第21頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.34.3直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)的分類直流伺服系統(tǒng)的分類直流有刷伺服電機(jī)的特點(diǎn)：體積小、動作快反應(yīng)快、過載能直流有刷伺服電機(jī)的特點(diǎn)：體積小、動作快反應(yīng)快、過載能力大、調(diào)速范圍寬；低速力矩大，波動小，運(yùn)行平穩(wěn)；低噪力大、調(diào)速范圍寬；低速力矩大，波動小，運(yùn)行平穩(wěn)；

20、低噪音，高效率；后端編碼器反饋（選配）構(gòu)成直流伺服等優(yōu)點(diǎn)音，高效率；后端編碼器反饋（選配）構(gòu)成直流伺服等優(yōu)點(diǎn)；變壓范圍大，頻率可調(diào)。另外，直流有刷伺服電機(jī)成本高；變壓范圍大，頻率可調(diào)。另外，直流有刷伺服電機(jī)成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），會產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），會產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求，因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。求，因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。2.2.直流無刷伺服電機(jī)直流無刷伺服電機(jī)第22頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器

21、人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.34.3直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服電動機(jī)的類型直流伺服電動機(jī)的類型高速直流伺服電動機(jī)又可分為普通直流伺服電動機(jī)和高性能高速直流伺服電動機(jī)又可分為普通直流伺服電動機(jī)和高性能直流伺服電動機(jī)。普通高速它勵式直流伺服電動機(jī)的應(yīng)用歷直流伺服電動機(jī)。普通高速它勵式直流伺服電動機(jī)的應(yīng)用歷史最長，但是，這種電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩史最長，但是，這種電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩- -慣量比很小，不能適應(yīng)現(xiàn)慣量比很小，不能適應(yīng)現(xiàn)代伺服控制技術(shù)發(fā)展的要求。代伺服控制技術(shù)發(fā)展的要求。1. 1.高速直流伺服電動機(jī)高速直流伺服電動機(jī)第23頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)

22、4.34.3直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服電動機(jī)的類型直流伺服電動機(jī)的類型低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)又稱為直流力矩電機(jī)，由于它的轉(zhuǎn)低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)又稱為直流力矩電機(jī)，由于它的轉(zhuǎn)子直徑較大，線圈繞組多，所以力矩大，轉(zhuǎn)矩子直徑較大，線圈繞組多，所以力矩大，轉(zhuǎn)矩慣量比高，慣量比高，熱容量高，能長時間過載，不需要中間傳動裝置就可以直聯(lián)熱容量高，能長時間過載，不需要中間傳動裝置就可以直聯(lián)絲杠工作；并且，由于沒有勵磁回路的損耗，它的外形尺寸絲杠工作；并且，由于沒有勵磁回路的損耗，它的外形尺寸比其它直流伺服電機(jī)小。另外，低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)還比其它直流伺服電機(jī)小。另外，低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)還

23、有一個重要的特點(diǎn)：低速特性好，能夠在較低的速度下平穩(wěn)有一個重要的特點(diǎn)：低速特性好，能夠在較低的速度下平穩(wěn)運(yùn)行，最低速可以達(dá)到運(yùn)行，最低速可以達(dá)到1r/min1r/min，甚至達(dá)到，甚至達(dá)到0.1r/min0.1r/min。2.2.低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)低速大扭矩寬調(diào)速電動機(jī)第24頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.34.3直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服電動機(jī)的原理直流伺服電動機(jī)的原理定子勵磁電流產(chǎn)生定子電勢定子勵磁電流產(chǎn)生定子電勢FsFs，轉(zhuǎn)子電樞電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁勢，轉(zhuǎn)子電樞電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁勢為為FrFr、Fs Fs 和和Fr Fr 垂直正交，補(bǔ)償磁阻與電

24、樞繞組串聯(lián)，電流又垂直正交，補(bǔ)償磁阻與電樞繞組串聯(lián)，電流又產(chǎn)生補(bǔ)償磁勢產(chǎn)生補(bǔ)償磁勢FcFc，F(xiàn)c Fc 與與Fr Fr 方向相反，它的作用是抵消電樞磁方向相反，它的作用是抵消電樞磁場對定子磁場的扭斜場對定子磁場的扭斜直流伺服電動機(jī)工作原理直流伺服電動機(jī)工作原理第25頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.34.3直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動力系統(tǒng)晶體管脈寬調(diào)制器式速度控制單元晶體管脈寬調(diào)制器式速度控制單元四個功率晶體管分為兩組，四個功率晶體管分為兩組，VT1VT1和和VT4 VT4 是一組，是一組，VT2 VT2 和和VT3 VT3 為另一組，同一組的兩個晶體管同時導(dǎo)

25、通或同時關(guān)斷。一組為另一組，同一組的兩個晶體管同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷。一組導(dǎo)通另一組關(guān)斷，兩組交替導(dǎo)通和關(guān)斷，不能同時導(dǎo)通導(dǎo)通另一組關(guān)斷，兩組交替導(dǎo)通和關(guān)斷，不能同時導(dǎo)通H H型雙極模式型雙極模式PWM PWM 功率轉(zhuǎn)換電路功率轉(zhuǎn)換電路第26頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.34.3直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動力系統(tǒng)晶體管脈寬調(diào)制器式速度控制單元晶體管脈寬調(diào)制器式速度控制單元脈寬調(diào)制的任務(wù)是將連續(xù)控制信號變成方波脈沖信號，作為脈寬調(diào)制的任務(wù)是將連續(xù)控制信號變成方波脈沖信號，作為功率轉(zhuǎn)換電路的基極輸入信號，改變直流伺服電動機(jī)電樞兩功率轉(zhuǎn)換電路的基極輸入信號，改變直流伺

26、服電動機(jī)電樞兩端的平均電壓，從而控制直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。方波脈端的平均電壓，從而控制直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。方波脈沖信號可由脈寬調(diào)制器生成，也可由全數(shù)字軟件生成。沖信號可由脈寬調(diào)制器生成，也可由全數(shù)字軟件生成。脈寬調(diào)制器是一個電壓脈寬調(diào)制器是一個電壓- -脈沖變換裝置，由控制系統(tǒng)控制器輸脈沖變換裝置，由控制系統(tǒng)控制器輸出的控制電壓出的控制電壓UCUC進(jìn)行控制，為進(jìn)行控制，為PWM PWM 裝置提供所需的脈沖信裝置提供所需的脈沖信號，其脈沖寬度與號，其脈沖寬度與UCUC成正比。成正比。第27頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.34.3直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動

27、力系統(tǒng)直流伺服調(diào)速直流伺服調(diào)速1 1調(diào)節(jié)電樞供電電壓調(diào)節(jié)電樞供電電壓U U，電動機(jī)加以恒定勵磁，用改變電樞，電動機(jī)加以恒定勵磁，用改變電樞兩端電壓兩端電壓U U的方式來實現(xiàn)調(diào)速控制，這種方法也稱為電樞控的方式來實現(xiàn)調(diào)速控制，這種方法也稱為電樞控制。制。2 2減弱勵磁磁通減弱勵磁磁通，電樞加以恒定電壓，用改變勵磁磁通，電樞加以恒定電壓，用改變勵磁磁通的方法來實現(xiàn)調(diào)速控制，這種方法也稱為磁場控制。的方法來實現(xiàn)調(diào)速控制，這種方法也稱為磁場控制。3 3改變電樞回路電阻改變電樞回路電阻R R來實現(xiàn)調(diào)速控制。來實現(xiàn)調(diào)速控制。第28頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.34.3

28、直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服動力系統(tǒng)直流伺服調(diào)速直流伺服調(diào)速1 1調(diào)節(jié)電樞供電電壓調(diào)節(jié)電樞供電電壓U U，電動機(jī)加以恒定勵磁，用改變電樞，電動機(jī)加以恒定勵磁，用改變電樞兩端電壓兩端電壓U U的方式來實現(xiàn)調(diào)速控制，這種方法也稱為電樞控的方式來實現(xiàn)調(diào)速控制，這種方法也稱為電樞控制。制。2 2減弱勵磁磁通減弱勵磁磁通，電樞加以恒定電壓，用改變勵磁磁通，電樞加以恒定電壓，用改變勵磁磁通的方法來實現(xiàn)調(diào)速控制，這種方法也稱為磁場控制。的方法來實現(xiàn)調(diào)速控制，這種方法也稱為磁場控制。3 3改變電樞回路電阻改變電樞回路電阻R R來實現(xiàn)調(diào)速控制。來實現(xiàn)調(diào)速控制。第29頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)

29、器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性電動機(jī)驅(qū)動液壓泵電動機(jī)驅(qū)動液壓泵2 2從油箱從油箱1 1中吸油中吸油送至輸送管路中，經(jīng)過換向閥送至輸送管路中，經(jīng)過換向閥4 4改改變液壓油的流動方向，再經(jīng)過節(jié)流變液壓油的流動方向，再經(jīng)過節(jié)流閥閥6 6調(diào)整液壓油的流量（流量大小調(diào)整液壓油的流量（流量大小由工作液壓油缸需要量決定），圖由工作液壓油缸需要量決定），圖所示的換向閥位置是液壓油經(jīng)換向所示的換向閥位置是液壓油經(jīng)換向閥進(jìn)入液壓缸閥進(jìn)入液壓缸5 5左側(cè)空腔，推動活左側(cè)空腔，推動活塞右移。液壓缸活塞右側(cè)腔內(nèi)液壓塞右移

30、。液壓缸活塞右側(cè)腔內(nèi)液壓油經(jīng)過換向閥已經(jīng)開通的回油管，油經(jīng)過換向閥已經(jīng)開通的回油管，液壓油卸壓，流回油箱。液壓油卸壓，流回油箱。液壓驅(qū)動系統(tǒng)工作原理液壓驅(qū)動系統(tǒng)工作原理1. 1.液壓系統(tǒng)概述液壓系統(tǒng)概述第30頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、控制一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件（附件）和工作介質(zhì)。元件、執(zhí)行元件、輔助元件（附件）和工作介質(zhì)。1. 1.液壓系統(tǒng)概述液

31、壓系統(tǒng)概述液壓驅(qū)動系統(tǒng)組成液壓驅(qū)動系統(tǒng)組成第31頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性2. 2. 液壓驅(qū)動系統(tǒng)主要設(shè)備液壓驅(qū)動系統(tǒng)主要設(shè)備液壓缸液壓缸直線液壓缸直線液壓缸旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)第32頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性液壓系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性2. 2. 液壓驅(qū)動系統(tǒng)主要設(shè)備液壓驅(qū)動系統(tǒng)主要設(shè)備 液壓閥液壓閥單向閥單向閥

32、換向閥換向閥第33頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性氣動系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性氣動系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性1. 1. 氣動系統(tǒng)概述氣動系統(tǒng)概述氣動系統(tǒng)的工作原理氣動系統(tǒng)的工作原理氣動系統(tǒng)利用空壓機(jī)把電動機(jī)或其他原動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)氣動系統(tǒng)利用空壓機(jī)把電動機(jī)或其他原動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能，然后在控制元件的作用下，通過執(zhí)行元換為空氣的壓力能，然后在控制元件的作用下，通過執(zhí)行元件把壓力能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動形式的機(jī)械能，從而件把壓力能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動形式的機(jī)械能，從而完成各種動作，并對

33、外做功完成各種動作，并對外做功第34頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性氣動系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性氣動系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性1. 1. 氣動系統(tǒng)概述氣動系統(tǒng)概述氣動系統(tǒng)的組成氣動系統(tǒng)的組成氣動系統(tǒng)分別由氣源裝置、氣動控制元件、氣動執(zhí)行元件和氣動系統(tǒng)分別由氣源裝置、氣動控制元件、氣動執(zhí)行元件和輔助元件輔助元件第35頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性氣動系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性氣動系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性2. 2. 氣

34、動系統(tǒng)主要設(shè)備氣動系統(tǒng)主要設(shè)備氣源裝置氣源裝置氣源裝置主流的空氣壓縮機(jī)用以產(chǎn)生壓縮空氣，一般由電動氣源裝置主流的空氣壓縮機(jī)用以產(chǎn)生壓縮空氣，一般由電動機(jī)帶動。其吸氣口裝有空氣過濾器以減少進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的機(jī)帶動。其吸氣口裝有空氣過濾器以減少進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的雜質(zhì)量。雜質(zhì)量。第36頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性氣動系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性氣動系統(tǒng)的主要設(shè)備及其特性2. 2. 氣動系統(tǒng)主要設(shè)備氣動系統(tǒng)主要設(shè)備氣動執(zhí)行元件氣動執(zhí)行元件雙向旋轉(zhuǎn)的葉片式馬達(dá)雙向旋轉(zhuǎn)的葉片式馬達(dá)雙作用氣缸雙作用氣缸第37頁/共42頁第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動力系統(tǒng) 4.44.4液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性液壓氣動系統(tǒng)主要設(shè)備及特性氣動系