第3章+驅(qū)動方法

1、第三章第三章 驅(qū)動方法驅(qū)動方法讓機(jī)器人動起來驅(qū)動方式簡介驅(qū)動方式簡介n驅(qū)動器是機(jī)器人動力源，動力直接或經(jīng)壓力管路、齒輪箱驅(qū)動器是機(jī)器人動力源，動力直接或經(jīng)壓力管路、齒輪箱或其他方法傳送至運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本章討論機(jī)器人驅(qū)動器或其他方法傳送至運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本章討論機(jī)器人驅(qū)動器的選型和設(shè)計方法。的選型和設(shè)計方法。n目前主要有五種驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、閉環(huán)伺目前主要有五種驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、閉環(huán)伺服電機(jī)驅(qū)動、舵機(jī)驅(qū)動和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。前二者為流體動服電機(jī)驅(qū)動、舵機(jī)驅(qū)動和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。前二者為流體動力驅(qū)動，后三者為電驅(qū)動。力驅(qū)動，后三者為電驅(qū)動。n液壓和氣壓驅(qū)動分別適用于重工業(yè)和輕工業(yè)機(jī)器

2、人。液壓和氣壓驅(qū)動分別適用于重工業(yè)和輕工業(yè)機(jī)器人。n閉環(huán)伺服電機(jī)驅(qū)動又分為直流和交流伺服電機(jī)，帶有反饋閉環(huán)伺服電機(jī)驅(qū)動又分為直流和交流伺服電機(jī)，帶有反饋傳感器，適用于中、輕負(fù)載連續(xù)旋轉(zhuǎn)的位移、速度等精密傳感器，適用于中、輕負(fù)載連續(xù)旋轉(zhuǎn)的位移、速度等精密控制。主要介紹直流電機(jī)驅(qū)動。控制。主要介紹直流電機(jī)驅(qū)動。n舵機(jī)和步進(jìn)電機(jī)都屬于開環(huán)控制電機(jī)，沒有反饋傳感器；舵機(jī)和步進(jìn)電機(jī)都屬于開環(huán)控制電機(jī)，沒有反饋傳感器；其中舵機(jī)適用于輕型負(fù)載、其中舵機(jī)適用于輕型負(fù)載、360度以內(nèi)角度控制；步進(jìn)電度以內(nèi)角度控制；步進(jìn)電機(jī)適用于輕型負(fù)載和中型負(fù)載、連續(xù)旋轉(zhuǎn)位移精確控制。機(jī)適用于輕型負(fù)載和中型負(fù)載、連續(xù)旋轉(zhuǎn)位移精

3、確控制。n第一節(jié)第一節(jié) 液壓驅(qū)動液壓驅(qū)動n第二節(jié)第二節(jié) 氣壓驅(qū)動氣壓驅(qū)動n第三節(jié)第三節(jié) 舵機(jī)驅(qū)動舵機(jī)驅(qū)動n第四節(jié)第四節(jié) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動n第五節(jié)第五節(jié) 直流伺服電機(jī)驅(qū)動直流伺服電機(jī)驅(qū)動Q3.1 在你學(xué)習(xí)、生活接觸到和了解的系統(tǒng)中，舉例說明哪在你學(xué)習(xí)、生活接觸到和了解的系統(tǒng)中，舉例說明哪些采用了以上五種驅(qū)動方式之一？為什么采用該方式？些采用了以上五種驅(qū)動方式之一？為什么采用該方式？第一節(jié)第一節(jié) 液壓驅(qū)動液壓驅(qū)動n液壓驅(qū)動以油泵泵出的高壓油作為工作介質(zhì)。通過電磁閥或電液伺服閥切換油路方向，節(jié)流閥和調(diào)壓閥調(diào)整流量和壓力以實(shí)現(xiàn)速度控制和出力控制。n驅(qū)動器可以是直線的（液壓油缸）或者是旋轉(zhuǎn)的（液

4、壓油馬達(dá)）。n驅(qū)動器控制可以是閉環(huán)或者是開環(huán)的。一、液壓泵一、液壓泵n液壓泵通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動旋轉(zhuǎn)，從油箱吸油再高壓泵出。n液壓泵為液壓驅(qū)動器提供液壓油動力；n液壓泵較常見的有單聯(lián)和雙聯(lián)式，分別輸出一路和兩路動力油。Q3.2 圖中單泵和雙泵中圖中單泵和雙泵中的孔哪個是吸油口，哪個的孔哪個是吸油口，哪個是出油口？為什么？是出油口？為什么？二、直線液壓缸二、直線液壓缸 無論是直線液壓缸或旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，它們的工作原理都是基于高壓油對活塞或?qū)θ~片的作用。液壓油是經(jīng)控制閥被送到液壓缸的一端的，如圖。n用電磁閥控制的直線液壓缸是最簡單和最便宜的開環(huán)液壓驅(qū)動裝置。n方向控制：小出力用電磁閥、大出力電液伺服閥。

5、n流量控制：用節(jié)流閥調(diào)節(jié) 流量，可以實(shí)現(xiàn)速度控制。n壓力控制：在油路上加裝 調(diào)壓閥，可以提供穩(wěn)定的 壓強(qiáng)（該值小于油泵壓強(qiáng)）三、油馬達(dá)三、油馬達(dá)n圖中是一種旋轉(zhuǎn)式液壓執(zhí)行元件（油馬達(dá)）。它的殼體由鋁合金制成， 轉(zhuǎn)子是鋼制的。密封圈 和防塵圈分別用來防止 油的外泄和保護(hù)軸承。 在電液閥的控制下，液 壓油經(jīng)進(jìn)油口進(jìn)入，并 作用于固定在轉(zhuǎn)子上的 葉片上，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。四、液壓閥四、液壓閥n液壓閥在油泵和油缸或油馬達(dá)之間的動力油路上，起到對油缸或油馬達(dá)電控?fù)Q向的作用。五、典型液壓系統(tǒng)圖五、典型液壓系統(tǒng)圖MQ3.3 這個液壓系統(tǒng)如果沒有調(diào)壓閥行不行？把調(diào)壓閥設(shè)在這個液壓系統(tǒng)如果沒有調(diào)壓閥行不行？把調(diào)壓閥設(shè)

6、在進(jìn)油路上行嗎，請說明理由？進(jìn)油路上行嗎，請說明理由？第二節(jié)第二節(jié) 氣壓驅(qū)動氣壓驅(qū)動 氣動原理很像液壓驅(qū)動，但它的工作介質(zhì)是高壓空氣；在工廠環(huán)境下，氣壓驅(qū)動是最簡單的驅(qū)動方式。n動力源：由高質(zhì)量的空氣壓縮機(jī)提供。這個氣源可經(jīng)過一個公用的多路接頭為所有的氣動模塊所共享。安裝在多路接頭上的電磁閥控制通向各個氣動元件的氣流量。n電磁閥控制：一般由可編程控制器完成。這類控制器通常是用微處理器來編程，以等效于繼電器系統(tǒng)。n優(yōu)點(diǎn)：（1）氣動系統(tǒng)簡單、輕便、便宜、安全；（2）操作簡單、易于編程；（3）易于模塊化。 n缺點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)高精度很困難；（2）工作壓力低；（3）易生銹、要排水?？諌簷C(jī)儲氣罐氣缸Q3.

7、4 相對于液壓系統(tǒng)，氣動系統(tǒng)相對于液壓系統(tǒng)，氣動系統(tǒng)為什么容易生銹？為什么多了個為什么容易生銹？為什么多了個儲氣罐？說明理由。儲氣罐？說明理由。提示：介質(zhì)、動力源和負(fù)載差異提示：介質(zhì)、動力源和負(fù)載差異實(shí)驗(yàn)演練一實(shí)驗(yàn)演練一 機(jī)、電、計算機(jī)集成的全關(guān)節(jié)機(jī)械手操作機(jī)、電、計算機(jī)集成的全關(guān)節(jié)機(jī)械手操作1、操作要點(diǎn)：、操作要點(diǎn)：（1）05通道分別操控腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、通道分別操控腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、擺動腕、旋轉(zhuǎn)腕、指關(guān)節(jié)；擺動腕、旋轉(zhuǎn)腕、指關(guān)節(jié)；（2）不同的脈寬值控制不同的轉(zhuǎn)角；）不同的脈寬值控制不同的轉(zhuǎn)角；（3）不可以直接拖動滑塊。）不可以直接拖動滑塊。2、操作目標(biāo)：、操作目標(biāo)：（1）撿起工

8、件放到指定位置；）撿起工件放到指定位置；（2）總分）總分2分，操作失誤分，操作失誤1次扣次扣1分，其余以操作完分，其余以操作完成時間長短評價。成時間長短評價。u目的：體驗(yàn)機(jī)械手設(shè)計要點(diǎn)和改進(jìn)方向目的：體驗(yàn)機(jī)械手設(shè)計要點(diǎn)和改進(jìn)方向nQ3.5 請畫出系統(tǒng)方框圖（包括機(jī)械、電機(jī)、電子、電源請畫出系統(tǒng)方框圖（包括機(jī)械、電機(jī)、電子、電源和計算機(jī)幾大塊及其連接關(guān)系），并簡要描述各部分的核和計算機(jī)幾大塊及其連接關(guān)系），并簡要描述各部分的核心用途。心用途。2minnQ3.6 這個機(jī)械手在機(jī)械結(jié)構(gòu)、電器電子和計算機(jī)軟件方這個機(jī)械手在機(jī)械結(jié)構(gòu)、電器電子和計算機(jī)軟件方面分別存在什么問題？面分別存在什么問題？2min

9、nQ3.7 針對存在的某些問題，你能否提出自己的改進(jìn)方案？針對存在的某些問題，你能否提出自己的改進(jìn)方案？2minnQ3.8 如果要你小組設(shè)計制作該機(jī)械手，請?zhí)岢瞿愕膶?shí)施如果要你小組設(shè)計制作該機(jī)械手，請?zhí)岢瞿愕膶?shí)施方案（包括研究思路、經(jīng)費(fèi)預(yù)算、人員分工和對外協(xié)作、方案（包括研究思路、經(jīng)費(fèi)預(yù)算、人員分工和對外協(xié)作、階段實(shí)施目標(biāo)和時間安排），以書面形式提交討論。階段實(shí)施目標(biāo)和時間安排），以書面形式提交討論。5min要求：每組選一題作答，各組回答的問題和答案不可都雷要求：每組選一題作答，各組回答的問題和答案不可都雷同！同！第三節(jié)第三節(jié) 舵機(jī)驅(qū)動舵機(jī)驅(qū)動1、什么是舵機(jī)、什么是舵機(jī)l舵機(jī)是一種俗稱，其實(shí)是

10、一種脈寬控制角度的直流電機(jī)，一般不具有反饋，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的開環(huán)控制系統(tǒng)。目前在各種航模（飛機(jī)模型、潛艇模型、汽車模型等）和小型機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。l在機(jī)器人機(jī)電控制系統(tǒng)中，舵機(jī)控制效果是性能的重要影響因素。舵機(jī)可以在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其簡單的控制和輸出使得單片機(jī)系統(tǒng)非常容易與之接口。l舵機(jī)的主要指標(biāo)：額定扭矩和堵轉(zhuǎn)扭矩（kg.cm），脈寬當(dāng)量（us/度），轉(zhuǎn)角范圍（60度、90度、150度、180度、360度）、自重（g）、齒輪和輸出軸材料（全金屬齒、全塑料齒、金屬齒+塑料齒）。2、舵機(jī)的控制原理、舵機(jī)的控制原理l 舵機(jī)引線：一般含三根，

11、分別是電源線、控制信號、地線，不同廠家引線顏色有所不同。l舵機(jī)是使用周期為1420ms的PWM信號控制輸出角度的，PWM信號每周期的高電平持續(xù)時間（脈寬）決定著該周期的舵機(jī)角度。PWN控制信號進(jìn)入舵機(jī)信號調(diào)制芯片，獲得脈寬對應(yīng)的直流偏置電壓；將獲得的直流偏置電壓與舵機(jī)電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)到指定角度，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。PWM周期PWM周期PWM脈寬3、舵機(jī)的控制方法、舵機(jī)的控制方法l脈寬控制角度：脈寬控制角度：舵機(jī)的控制信號一般是一個周期20ms左右的時基信號，每周期的高電平

12、部分一般持續(xù)時間0.5ms2.5ms。以180度角度伺服為例，脈寬對應(yīng)控制關(guān)系：0.5ms-0度；1.0ms-45度；1.5ms-90度；2.0ms-135度；2.5ms-180度；l工工作電壓：作電壓：小型舵機(jī)的一般為4.8V或6V，l轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：較低，一般為0.22秒/60度或0.18秒/60度，假如更改角度控制脈沖的脈寬太快，舵機(jī)可能反應(yīng)不過來。要漸變！4、舵機(jī)控制實(shí)現(xiàn)方案、舵機(jī)控制實(shí)現(xiàn)方案（1）單片機(jī)直接控制舵機(jī)方案：）單片機(jī)直接控制舵機(jī)方案：l適應(yīng)性：多利用定時器中斷來完成控制，51系列只有兩個定時器，可控制8舵機(jī)，同時控制更多舵機(jī)需要更多定時器。l定時器中斷控制方法：設(shè)PWM周期為

13、T，三個周期內(nèi)的脈寬分別為t1,t2,t3；單片機(jī)控制端口P1.1，定時器0采用方式1（全16位定時器），則控制方法如下。端口置高電平，定時端口置高電平，定時t1并啟動中斷；并啟動中斷；每次進(jìn)入定時器中斷服務(wù)程序，端口電平取反，并逐次修改每次進(jìn)入定時器中斷服務(wù)程序，端口電平取反，并逐次修改定時為定時為T-t1、t2、T-t2、t3、T-t3。t2t3t1TT與單片機(jī)共地電源光隔或功放舵 機(jī)單片機(jī)控制端口l舵機(jī)的控制連接：直連方案：左圖，端口控制電壓穩(wěn)定且不被拉低時用；直連方案：左圖，端口控制電壓穩(wěn)定且不被拉低時用；隔離方案：右圖，端口電壓被拉低太多或示波器觀察到端口隔離方案：右圖，端口電壓被拉

14、低太多或示波器觀察到端口電壓抖動不穩(wěn)時用。電壓抖動不穩(wěn)時用。注：舵機(jī)控制電路也是CMOS電路，原則上是可以直連的。但由于單片機(jī)端口驅(qū)動能力與舵機(jī)控制電路不匹配，則需要隔離。與單片機(jī)共地電源單片機(jī)控制端口舵 機(jī)（2）MCU+專用舵機(jī)驅(qū)動器控制方案：專用舵機(jī)驅(qū)動器控制方案：l適應(yīng)性：多舵機(jī)控制（例如多關(guān)節(jié)機(jī)械臂）。l專用舵機(jī)驅(qū)動器：其連線和控制方法要具體參考廠家的數(shù)據(jù)手冊。例如AVR有32路舵機(jī)驅(qū)動器，很適合做復(fù)雜的多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制；有些多路舵機(jī)驅(qū)動器成本并不高，如淘寶上的miniUSB版32路舵機(jī)控制器只有150左右包郵。5、舵機(jī)驅(qū)動的應(yīng)用場合：、舵機(jī)驅(qū)動的應(yīng)用場合： （1）高檔遙控仿真車，至少

15、得包括左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)功能，高精度的角度控制（2）多自由度機(jī)器人設(shè)計、工業(yè)機(jī)器人控制模型（3）多路伺服航?？刂?電動遙控飛機(jī),油動遙控飛機(jī),航海模型等。第四節(jié)第四節(jié) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動l步進(jìn)電機(jī)也是一種開環(huán)數(shù)字伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)也是一種開環(huán)數(shù)字伺服電機(jī)，和舵機(jī)的不同在于舵機(jī)控制的是絕對轉(zhuǎn)角和舵機(jī)的不同在于舵機(jī)控制的是絕對轉(zhuǎn)角（脈寬對應(yīng)轉(zhuǎn)角）且轉(zhuǎn)角范圍受限，而步（脈寬對應(yīng)轉(zhuǎn)角）且轉(zhuǎn)角范圍受限，而步進(jìn)電機(jī)控制的是相對的步進(jìn)角（脈沖相進(jìn)電機(jī)控制的是相對的步進(jìn)角（脈沖相序變化控制轉(zhuǎn)角步進(jìn)）且無轉(zhuǎn)角限制。序變化控制轉(zhuǎn)角步進(jìn)）且無轉(zhuǎn)角限制。1、什么是步進(jìn)電機(jī)、什么是步進(jìn)電機(jī)l這種電機(jī)能在電脈沖控制下以很小

16、的步距增量運(yùn)動，這種電機(jī)能在電脈沖控制下以很小的步距增量運(yùn)動，其轉(zhuǎn)動精度一般高于舵機(jī)，適合做較高精度、中小型負(fù)其轉(zhuǎn)動精度一般高于舵機(jī)，適合做較高精度、中小型負(fù)載的快速定位。例如：計算機(jī)的打印機(jī)和磁盤驅(qū)動器常載的快速定位。例如：計算機(jī)的打印機(jī)和磁盤驅(qū)動器常用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)打印頭和磁頭的定位。在小的機(jī)器人上，用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)打印頭和磁頭的定位。在小的機(jī)器人上，有時也用步進(jìn)電機(jī)作為主驅(qū)動電機(jī)?？梢杂镁幋a器或電有時也用步進(jìn)電機(jī)作為主驅(qū)動電機(jī)?？梢杂镁幋a器或電位器提供精確的位置反饋，所以步進(jìn)電機(jī)也可用于閉環(huán)位器提供精確的位置反饋，所以步進(jìn)電機(jī)也可用于閉環(huán)控制。控制。n步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子有兩組磁極。每組磁極就好像是

17、一個齒輪，一組齒是轉(zhuǎn)于的N極，另一組是S極，事實(shí)上這是一個多齒或多極的磁鐵。n在轉(zhuǎn)子上有奇數(shù)對磁極，而在定子上有偶數(shù)對繞組磁極，所以他們永遠(yuǎn)不能同時 對準(zhǔn)。n如果A、C相通電，則A相產(chǎn)生N極，C相產(chǎn)生S極(a)；n然后將A、C相斷開，B、D相通電，則B相產(chǎn)生N極，D相產(chǎn)生S極，使得轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動半齒(b)；n繼續(xù)將A、C相反向通電，則A相產(chǎn)生S極，C相產(chǎn)生N極，轉(zhuǎn)子順時針方向又轉(zhuǎn)動半齒(c)；n將A、C相斷開，B、D相接通反向電流，則B相產(chǎn)生S極，D相產(chǎn)生N極，轉(zhuǎn)子沿順時針方向再轉(zhuǎn)動半齒(d)。n按上述相序給予步進(jìn)電動機(jī)一定的脈沖序列，則電機(jī)將按所給定的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)過相應(yīng)的齒數(shù)；相序反轉(zhuǎn)可使電

18、機(jī)反轉(zhuǎn)；通過改變脈沖頻率，可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的加減速。n上述為最簡單的兩相四拍控制邏輯，其步進(jìn)角為30度，為提高控制精度，可采用加多定子和轉(zhuǎn)子單對磁極上的齒數(shù)，兩相常見步進(jìn)角有0.9/1.8度。n步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的作用主要是實(shí)現(xiàn)上述相序邏輯（環(huán)形分配器），并進(jìn)行功率放大。常見的小功率芯片如L298N等，網(wǎng)絡(luò)資料很多，請大家自行參閱。n模塊化的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器2、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 國產(chǎn)三軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，桌面雕刻機(jī)用，200 國產(chǎn)小功率單步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，5工業(yè)級美國工業(yè)級美國 IM483二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 （3A，256細(xì)分），細(xì)分），適合兩相四線和兩相六線步進(jìn)電機(jī)，

19、適合兩相四線和兩相六線步進(jìn)電機(jī)，185（8成），成），亮點(diǎn)：高細(xì)分，全銅散熱底座亮點(diǎn)：高細(xì)分，全銅散熱底座,1248V，10MHZ高速高速l細(xì)分是把方波脈沖變?yōu)殡A梯波，從而進(jìn)一步提高運(yùn)動精度和平穩(wěn)度的細(xì)分是把方波脈沖變?yōu)殡A梯波，從而進(jìn)一步提高運(yùn)動精度和平穩(wěn)度的方法。國產(chǎn)驅(qū)動器一般只能做到方法。國產(chǎn)驅(qū)動器一般只能做到8細(xì)分，細(xì)分技術(shù)明顯不成熟。細(xì)分，細(xì)分技術(shù)明顯不成熟。相A-（綠）相A+（紅）相B-（黃）相B+（藍(lán)）40VDC電源-+電流調(diào)節(jié)電阻控制接口脈沖方向5V連線連線細(xì)分?jǐn)?shù)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（P/r）S1S2S3S4讀數(shù)二進(jìn)制2400ONONONON00004800OFFONONON0001816

20、00ONOFFONON0010163200OFFOFFONON0011326400ONONOFFON01006412800OFFONOFFON010112825600ONOFFOFFON011025651200OFFOFFOFFON0111十進(jìn)制51000ONONONOFF1000102000OFFONONOFF1001255000ONOFFONOFF10105010000OFFOFFONOFF101112525000ONONOFFOFF110025050000OFFONOFFOFF1101細(xì)分選擇細(xì)分選擇n如果使用開環(huán)控制，都需考慮失步問題，即保證額定力矩大于最大負(fù)載力矩，步進(jìn)電機(jī)在偶然失步

21、后失去定位精度，而舵機(jī)偶然失步后仍可回位；n步進(jìn)電機(jī)即使采用細(xì)分和高頻脈沖，其轉(zhuǎn)位過程仍是抖變的，舵機(jī)轉(zhuǎn)位過程理論上是連續(xù)的，但轉(zhuǎn)位終點(diǎn)實(shí)際有抖動；步進(jìn)電機(jī)的主要優(yōu)勢在于快速定位而不是在定位點(diǎn)附近反復(fù)調(diào)校抖動。n步進(jìn)電機(jī)可連續(xù)轉(zhuǎn)動而舵機(jī)不能，步進(jìn)電機(jī)調(diào)速只需改變脈沖頻率，而舵機(jī)調(diào)速必須事先復(fù)位（原則上精確調(diào)速很困難）n步進(jìn)電機(jī)較重，且控制環(huán)節(jié)較復(fù)雜，舵機(jī)輕而容易控制。n一般而言，步進(jìn)電機(jī)定位精度和耐用性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于舵機(jī)。3、步進(jìn)電機(jī)與舵機(jī)的對比分析、步進(jìn)電機(jī)與舵機(jī)的對比分析第五節(jié)第五節(jié) 直流伺服電機(jī)驅(qū)動直流伺服電機(jī)驅(qū)動n直流電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，本身沒有位置控制能力；為實(shí)現(xiàn)位置直流電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，本身沒有位

22、置控制能力；為實(shí)現(xiàn)位置和速度精確控制，向直流電機(jī)加入編碼器實(shí)現(xiàn)位置和速度和速度精確控制，向直流電機(jī)加入編碼器實(shí)現(xiàn)位置和速度反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)，即所謂直流伺服電機(jī)。電反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)，即所謂直流伺服電機(jī)。電力主要使用功率放大器來供給，調(diào)速、換向和啟停主要使力主要使用功率放大器來供給，調(diào)速、換向和啟停主要使用單片機(jī)、繼電器和用單片機(jī)、繼電器和PLC控制?？刂啤直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）可達(dá)到很大的力矩）可達(dá)到很大的力矩/重量比，遠(yuǎn)高于步進(jìn)電機(jī)；除了在重量比，遠(yuǎn)高于步進(jìn)電機(jī)；除了在很大功率情況下外，與液壓驅(qū)動不相上下。很大功率情況下外，與液壓驅(qū)動不相上下。（2

23、）能達(dá)到很高位置精度與速度精度，無需附加減速傳動，）能達(dá)到很高位置精度與速度精度，無需附加減速傳動，可靠性高。可靠性高。（3）與步進(jìn)電機(jī)相比較，加速迅速、運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù)且平穩(wěn)。）與步進(jìn)電機(jī)相比較，加速迅速、運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù)且平穩(wěn)。n直流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)：成本和控制難度均高于普通電機(jī)。直流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)：成本和控制難度均高于普通電機(jī)。n小型獨(dú)立機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動部分大多選用伺服電機(jī)，基于小型獨(dú)立機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動部分大多選用伺服電機(jī)，基于伺服電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計包括伺服電機(jī)的選定和傳動比的伺服電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計包括伺服電機(jī)的選定和傳動比的確定、控制電路的設(shè)計和電器元配件選型等。確定、控制電路的設(shè)計和電器元配件選型等。

24、一、直流伺服電機(jī)簡介一、直流伺服電機(jī)簡介1、直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（未標(biāo)反饋傳感器）、直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（未標(biāo)反饋傳感器）電磁式直流伺服電機(jī)1磁極和勵磁繞組；2電樞；3換向器；4電刷 永磁式直流伺服電機(jī)1磁極(永磁鐵)；2電樞；3換向器；4電刷l電磁式直流伺服電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子磁場分別由勵磁繞組和電樞繞組產(chǎn)生；兩繞組往往并接，因此也稱為并勵。l永磁式直流伺服電機(jī)的磁場由永磁體（永久磁鐵）產(chǎn)生；定子與轉(zhuǎn)子沒有電的聯(lián)系，定子磁場不依靠電樞電壓產(chǎn)生，因此也稱為他勵 。 2、直流伺服電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)、直流伺服電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)n主要技術(shù)指標(biāo)包括表中示例的SZ系列伺服電機(jī)部分參數(shù)，一般還會給出堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

25、矩、空載轉(zhuǎn)速等機(jī)械參數(shù)或機(jī)械特性圖。n此外還有些廠商會注明額定效率與額定溫升。 額定效率=輸出功率/輸入功率 額定溫升指電動機(jī)的溫度允許超過環(huán)境溫度的最高允許值；電機(jī)銘牌上的溫升是指電動機(jī)繞組的最高溫升。對于小功率電機(jī)，通常只要電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩不長時間超過額定轉(zhuǎn)矩，就不會因發(fā)熱而燒毀，因此常無需標(biāo)明額定溫升。型型 號號勵磁方式勵磁方式額定電壓額定電壓（V）額定電流額定電流（A）額定功率額定功率（W）額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩（Nm）額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速（r/min）36SZ01并勵并勵240.851.710-2300010%45SZ60他勵他勵4818.5244.310-2420010%55SZ01并勵并勵2

26、41.9206.610-2300010%70SZ58并勵并勵1102.01100.18600010%90SZ01并勵并勵1100.8460.30150010%110SZ51并勵并勵11031851.20150010%110SZ59并勵并勵966.64001.30300010%二、直流伺服電機(jī)的選擇二、直流伺服電機(jī)的選擇1、選擇電機(jī)的考慮因素、選擇電機(jī)的考慮因素n功率初選：驅(qū)動負(fù)載所需的峰值功率和平均功率。n發(fā)熱校核：電機(jī)長期工作發(fā)熱量是否超出熱定額。n轉(zhuǎn)矩過載校核：電機(jī)最大負(fù)載力矩是否超出電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的最大允許值（過載轉(zhuǎn)矩）。2、直流伺服電機(jī)的功率初選、直流伺服電機(jī)的功率初選（1）按負(fù)載峰值估

27、算電機(jī)平均功率 式中 按負(fù)載峰值估算的電機(jī)平均功率，W；n 負(fù)載峰值力矩，Nm；n 負(fù)載峰值轉(zhuǎn)速，rads；n 傳動裝置的效率，初算取 =0.70.9。 n系數(shù)1.52.5為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，它是考慮到初步估算負(fù)載力矩有可能取得不全面或不精確，以及電機(jī)有一部分功率要消耗在電機(jī)轉(zhuǎn)子上而取的一個系數(shù)。max1)5 . 25 . 1 (）（LPLPmMP1mPLPMLP（2）按交變載荷估算電機(jī)平均功率式中 按交變載荷估算的電機(jī)平均功率，W；n 負(fù)載均方根力矩，Nm；n 負(fù)載均方根轉(zhuǎn)速，rads；n其它參數(shù)與（1）同。LrLrmMP)5 . 25 . 1 (2Lr2mPLrMmrPP （3）初選電機(jī)n如果載荷功率是快速突變的，即載荷峰值功率與平均功率相差很大且變化時間很短，則電機(jī)平均功率估算值 ；若載荷是連續(xù)平穩(wěn)交變的，則取 更合理。大部分情況下取后者。n按電機(jī)額定功率 選取電機(jī)型號，滿足下式：n初選電機(jī)后，一系列技術(shù)數(shù)據(jù)，如額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓、額定電流、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量等，均可由產(chǎn)品目錄直接查得或經(jīng)過計算求得。1mmPP 2mmP