工業(yè)機器人的驅(qū)動方式

工業(yè)機器人的驅(qū)動方式

一、驅(qū)動裝置的分類機器人驅(qū)動分為液壓、氣動和電動三種形式。1．液壓驅(qū)動：

分類：

從運動形式來分分為直線驅(qū)動如直線運動液壓缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動如液壓馬達(dá)、擺動液壓缸。

從控制分為開環(huán)控制液壓系統(tǒng)和閉環(huán)控制液壓系統(tǒng)。適用范圍：

液壓系統(tǒng)具有較大的功率體積比，適合于大負(fù)載的情形。

液壓驅(qū)動的本質(zhì)優(yōu)點在于它的安全性。如噴漆時要求工作區(qū)域所帶電壓不超過9V。

莫托曼機器人搬運噴涂機器人2．氣壓驅(qū)動：

分類：直線氣缸，擺動汽缸及旋轉(zhuǎn)氣動馬達(dá)。適用范圍：

適合于節(jié)拍快、負(fù)載小且精度要求不高的場合（因為空氣具有可壓縮性）。3．電機驅(qū)動：

分類：

按照電機的工作原理不同分為步進(jìn)電機、直流伺服電機、無刷電機等。按照控制水平的高低來分分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。適用范圍：適合于中等負(fù)載，特別適合于動作復(fù)雜、運動軌跡嚴(yán)格的各類機器人。二、對驅(qū)動裝置的要求驅(qū)動裝置的質(zhì)量盡可能要輕。單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率高。反應(yīng)速度要快。要求力質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大。

動作平滑，不產(chǎn)生沖擊?？刂旗`活，位移偏差和速度偏差小。安全可靠。

操作維修方便等。三、液壓驅(qū)動裝置

1．實現(xiàn)現(xiàn)直線線運動動的液液壓缸缸：主要構(gòu)構(gòu)成：主要由由活塞塞、活活塞桿桿、缸缸體、、缸蓋蓋、密密封圈圈、進(jìn)進(jìn)出油油口等等構(gòu)成成。工作原原理：：單活塞塞桿液液壓缸缸結(jié)構(gòu)構(gòu)圖：：主要構(gòu)構(gòu)成：：1、18—缸蓋11—活塞12—活塞桿桿3—進(jìn)、出出油口口7、8、9、15、16—密封圈圈數(shù)字液液壓缸缸數(shù)字液液壓缸缸原理理1.1、適合合多參參數(shù)多多系統(tǒng)統(tǒng)協(xié)同同工作作。1.2、高分分辨率率運動動控制制精度度?？煽蓪崿F(xiàn)現(xiàn)大型型機械械裝備備微米米級的的運動動控制制，且且響應(yīng)應(yīng)迅速速1.3、無損失遠(yuǎn)程控制執(zhí)行。可可通過網(wǎng)絡(luò)等遠(yuǎn)程進(jìn)行系系統(tǒng)的操控。。1.4、運動特性完完全數(shù)字化。。速度、行程程與電脈沖有有直接的對應(yīng)應(yīng)關(guān)系，2、優(yōu)秀的生存存力2.1、高電磁兼容性、高抗干擾。。由于傳輸采采用數(shù)字脈沖沖功率信號可可控性好。、低電磁輻射射。2.2、抗大加速度度沖擊振動。。由于數(shù)字液液壓器件不采采用線性電磁磁鐵作為控制制核心，因此此抗沖擊和震震動能力大大大提高。2.3、高抗污染。。對液壓油的的過濾精度沒沒有嚴(yán)格要求求，甚至液壓壓油受到污染染，同樣不會會造成系統(tǒng)的的精度降低，，更不會造成成嚴(yán)重的誤動動作甚至是事事故。2.4、寬范圍的工工作介質(zhì)。無無論采用礦物油還是水基乳化液等都可以很好好工作。2.5、容易實現(xiàn)防防爆。2.6、快速實現(xiàn)自自動和手動的的轉(zhuǎn)換控制。?？梢噪S時通通過簡單和輕輕便的方式實實現(xiàn)人工控制制，即便是超超大載荷，依依然可以單手手指操控，避避免裝備失控控。3、簡單的設(shè)計計、使用及維維護(hù)性。技術(shù)特點2．實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運運動的液壓馬馬達(dá)：液壓馬達(dá)是將將液壓能轉(zhuǎn)換換為機械能的的裝置。從構(gòu)構(gòu)成來看，液液壓馬達(dá)分為為齒輪式、葉片式以及軸向柱塞塞式。葉片式液壓馬馬達(dá)工作原理理圖：工作流程：壓力油進(jìn)入油油腔a—作用在葉片2的右側(cè)、葉片片1的左側(cè)—葉片2伸出面積大—推力大—推動葉片順時時針旋轉(zhuǎn)—轉(zhuǎn)至b腔回油—帶動中心軸回回轉(zhuǎn)—液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闉闄C械能。主要構(gòu)成：缸體定子子轉(zhuǎn)子葉葉片輸出軸進(jìn)進(jìn)油口出出油口進(jìn)進(jìn)油腔a回油腔b葉片式液壓馬馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖：：6—定子7—轉(zhuǎn)子8—葉片數(shù)字液壓馬達(dá)達(dá)3．閉環(huán)伺服控控制系統(tǒng)（1）：工作原理：通常用運算放放大器做成的的伺服放大器向液壓伺服系系統(tǒng)中的電液液伺服閥提供供一個電信號號。由電信號號控制先導(dǎo)閥閥再控制一級級或兩級液壓壓放大器，產(chǎn)產(chǎn)生足夠的動動力去驅(qū)動機機器人的機械械部件。閉環(huán)伺服系統(tǒng)統(tǒng)圖例（1））：液壓伺服系統(tǒng)統(tǒng)原理圖閉環(huán)伺服系統(tǒng)統(tǒng)圖例（2））：用伺服閥控制制液壓缸簡化化原理圖3．閉環(huán)伺服控控制系統(tǒng)（2）：核心液壓元件件：在閉環(huán)伺服控控制系統(tǒng)中，，核心液壓元元件是電液伺服閥。作用及特點：：電液伺服閥是是一種接受電電氣模擬信號，輸出相應(yīng)調(diào)制流量和壓壓力的液壓控制閥閥。分類：電液伺服閥的的種類繁多。。按液壓放大大器的級數(shù)可可分為單級、、兩級和三級級；按第一級級液壓放大器器的結(jié)構(gòu)分，，有滑閥、噴嘴擋板閥、射流管閥等等。其中以雙雙噴嘴擋板閥閥為最常用。。3．閉環(huán)伺服控控制系統(tǒng)（3）：噴嘴擋板閥：：結(jié)構(gòu)：主要由三部分分構(gòu)成：力矩馬達(dá)、前置級及功率率級。前置級接受受力矩馬達(dá)的的控制信號，，通過改變噴噴嘴的大小改改變油的流量量控制功率閥閥；功率閥接接受前置級的的流量信號控控制并相應(yīng)動動作控制機器器人某關(guān)節(jié)動動作。特點：能夠按照控制制要求動作。。工作原理：擋板4處于控控制噴嘴5中中間位置→工作閥芯7不不動作→力矩馬達(dá)1通通電→擋板4移動→改變噴嘴5口口徑大小→工作閥芯7兩兩端產(chǎn)生壓差差→閥芯移動噴嘴擋板閥結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖：：力矩馬達(dá)前置閥功率閥噴嘴擋板閥結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖：：四、電機驅(qū)動動裝置的工作作原理1．步進(jìn)電機：：概述：步進(jìn)電機是一一種電脈沖信信號轉(zhuǎn)換成機機械角位移的的機電執(zhí)行元元件。當(dāng)有脈脈沖信號輸入入時，步進(jìn)電電機就一步一一步的轉(zhuǎn)動，，每個輸入脈脈沖對應(yīng)電機機的一個固定定轉(zhuǎn)角，故稱稱為步進(jìn)電機機。步進(jìn)電機機屬于同步電電機，多數(shù)情情況用做伺服服電機，且控控制簡單，工工作可靠，能能夠得到較高高的精度。它它是唯一能夠夠以開環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)用于數(shù)控機機床的伺服電電動機。步進(jìn)電機按其其勵磁相數(shù)可可分為三相、、四相、五相相、六相等；；按其工作原原理可分為反反應(yīng)式、永磁磁式合混合式式三大類。步進(jìn)電機的基基本特點：步進(jìn)電機受點點脈沖信號的的控制。每輸輸入以各脈沖沖信號，就變變換以磁繞組組的通電狀態(tài)態(tài)，電機就相相應(yīng)的轉(zhuǎn)動以以步，因此電電機的總回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角合輸入脈脈沖個數(shù)嚴(yán)格格成正比關(guān)系系，電機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速則正比于于脈沖的輸入入頻率。改變變步進(jìn)電機的的定子繞組的的通電順序，，可以獲得所所需要的轉(zhuǎn)向向。改變輸入入脈沖頻率，，則可以得到到所需要的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（但是不不能夠超出極極限頻率）。。當(dāng)步進(jìn)電機脈脈沖輸入停止止時，只要維維持繞組的激激勵電流不變變，電機保持持在原固定位位置上，因此此可以獲得較較高的定位精精度，不需要要安裝機械制制動裝置從而而達(dá)到精確制制動。誤差不長期積積累，轉(zhuǎn)角精精度高。由于于每轉(zhuǎn)過360°后，轉(zhuǎn)子的累累積誤差為零零，轉(zhuǎn)角精度度較高。反映時間快。。缺點：效率低低、沒有過載載能力。步進(jìn)電機工作作原理圖（1）：A相通電B相通電C相通電定子轉(zhuǎn)子15°15°步進(jìn)電機驅(qū)動動（steppingmotor）步進(jìn)電機驅(qū)動動系統(tǒng)主要用用于開環(huán)位置置控制系統(tǒng)。。優(yōu)點：控制制較容易，維維修也較方便便，而且控制制為全數(shù)字化化。缺點：由由于開環(huán)控制制，所以精度度不高。相數(shù)：產(chǎn)生不同N、S對磁場的激磁磁線圈對數(shù)。。2.相關(guān)術(shù)術(shù)語失步：電機運轉(zhuǎn)時運運轉(zhuǎn)的步數(shù)，，不等于理論論上的步數(shù)。。拍數(shù)：完成一個磁場場周期性變化化所需脈沖數(shù)數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)態(tài)。四相四拍拍運行方式：：AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運運行方式：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對應(yīng)一個脈沖沖信號，電機機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的的角位移用θ表示。一般步步進(jìn)電機的精精度為步距角角的3-5%，且不累積。。保持轉(zhuǎn)距（HOLDINGTORQUE）或靜轉(zhuǎn)矩是指電機各相相繞組通額定定電流，且處處于靜態(tài)鎖定定狀態(tài)時，電電機所能輸出出的最大轉(zhuǎn)距距。是電機選選型時最重要要的參數(shù)之一一。通常步進(jìn)進(jìn)電機在低速速時的力矩接接近保持轉(zhuǎn)矩矩。比如，當(dāng)當(dāng)說2Nm的步進(jìn)電機時時，在沒有特特殊說明的情情況下一般是是指保持轉(zhuǎn)矩矩為2Nm的步進(jìn)電機。。定位轉(zhuǎn)矩是指電機各相相繞組不通電電且處于開路路狀態(tài)時，由由于混合式電電機轉(zhuǎn)子上有有永磁材料產(chǎn)產(chǎn)生磁場，從從而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。一般定定位轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)小小于保持轉(zhuǎn)距距。是否存在在定位轉(zhuǎn)距是是混合式步進(jìn)進(jìn)電機區(qū)別于于反應(yīng)式步進(jìn)進(jìn)電機的重要要標(biāo)志。DETENTTORQUE在國內(nèi)內(nèi)沒有有統(tǒng)一一的翻翻譯。。細(xì)分驅(qū)驅(qū)動器器的原原理驅(qū)動器器細(xì)分分后的的主要要優(yōu)點點：（1））完全全消除除了電電機的的低頻頻振蕩蕩。（2））同時時也提提高了了電機機的輸輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。。（3））提高高了電電機的的分辨辨率。。通過改改變相相鄰（（A，B）電流流的大大小，，以改改變合合成磁磁場的的夾角角來控控制步步進(jìn)電電機運運轉(zhuǎn)的的。3.運運行行矩頻頻特性性4.步步進(jìn)進(jìn)電機機驅(qū)動動的特特點控制系系統(tǒng)簡簡單可可靠，，成本本低；；控制制精度度受步步距角角限制制，高高負(fù)載載或高高速度度時易易失步步，低低速運運行時時會產(chǎn)產(chǎn)生步步進(jìn)運運行現(xiàn)現(xiàn)象。。起動曲線運行曲線在這個個輸出出轉(zhuǎn)矩矩區(qū)間間，步步進(jìn)電電機啟啟動時時的輸輸入脈脈沖頻頻率必必須緩緩慢增增加1、實現(xiàn)了了位置置，速速度和和力矩矩的閉閉環(huán)控控制；；克服服了步步進(jìn)電電機失失步的的問題題；2、高速性性能好好，一一般額額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速能能達(dá)到到2000～3000轉(zhuǎn)；3、抗過載載能力力強，，能承承受三三倍于于額定定轉(zhuǎn)矩矩的負(fù)負(fù)載，，對有有瞬間間負(fù)載載波動動和要要求快快速起起動的的場合合特別別適用用；4、低速運運行平平穩(wěn)，，低速速運行行時不不會產(chǎn)產(chǎn)生類類似于于步進(jìn)進(jìn)電機機的步步進(jìn)運運行現(xiàn)現(xiàn)象。。適用用于有有高速速響應(yīng)應(yīng)要求求的場場合；；5、電機加加減速速的動動態(tài)相相響應(yīng)應(yīng)間短短，一一般在在幾十十毫秒秒之內(nèi)內(nèi)；6、發(fā)熱和和噪音音明顯顯降低低。伺服電電機與與步進(jìn)進(jìn)電機機比較較伺服電電機的的優(yōu)勢勢：超聲波波電機機（一種種未來來很有有希望望的電電機））特點：：超聲波波電機機具有有體積積小，，重量量輕，，不用用制動動器，，速度度和位位置控控制靈靈敏度度高，，轉(zhuǎn)子子慣性性小，，響應(yīng)應(yīng)性能能好，，沒有有電磁磁噪聲聲等普普通電電機不不具備備的優(yōu)優(yōu)點。。工作原原理：：當(dāng)給壓壓電陶陶瓷施施加一一定方方向的的電壓壓時，，各部部分產(chǎn)產(chǎn)生的的應(yīng)變變方向向相反反（在在正電電壓作作用下下，+的部部分伸伸長，，-的的部分分壓縮縮），，+、、-部部分交交替相相接。。在交交流電電壓的的作用用下，，壓電電陶瓷瓷就會會沿圓圓周方方向產(chǎn)產(chǎn)生交交替的的伸縮縮變形形，定定子彈彈性體體的上上下運運動產(chǎn)產(chǎn)生駐駐波。。此外外，由由于重重疊在在一起起的兩兩片壓壓電陶陶瓷的的相位位差為為90O，所以以，在在形成成駐波波的同同時也也會在在水平平方向向形成成行波波。這這樣，，在駐駐波和和行波波的合合成波波的作作用下下，使使定子子作橢橢圓運運動軌軌跡的的振動動。這這樣，，裝在在定子子上的的轉(zhuǎn)子子在摩摩擦力力的作作用下下就會會產(chǎn)生生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。同樣也也有直直線運運動的的超聲聲波電電機。。直接驅(qū)驅(qū)動電電機（（directdrive:DD）優(yōu)點：：不用齒齒輪減減速器器直接接驅(qū)動動，因因此具具有無無間隙隙、摩摩擦小小、機機械剛剛度高高等優(yōu)優(yōu)點，，可以以實現(xiàn)現(xiàn)高速速、高高精度度的位位置控控制和和微小小力控控制。。這是什什么？？種類：：直流力力矩電電機、、無刷刷直流流電機機、VR式電機機等。。缺點：：因為沒沒有減減速機機構(gòu)，，所以以容易易受載載荷的的影響響。驅(qū)動滾滾軸絲絲桿如下圖圖，3相步進(jìn)進(jìn)電機機（1.2°/步）驅(qū)驅(qū)動物物體運運動1秒鐘，，則必必要脈脈沖數(shù)數(shù)和驅(qū)驅(qū)動脈脈沖速速度的的計算算方法法如下下：必要脈沖數(shù)＝10×360°1.2°＝3000[脈沖]自啟動動方式式驅(qū)動動1秒鐘，，則驅(qū)驅(qū)動脈脈沖速速度應(yīng)應(yīng)該這這樣計計算：：3000[Pulse]/1[sec]=3[kHz]但是，，啟動動速度度不可可能是是3kHz，應(yīng)該該采用用加/減速運運行方方式來來驅(qū)動動。設(shè)：加加/減速時時間設(shè)設(shè)置為為定位位時間間的25%，啟動動脈沖沖速度度為500[Hz]，則如上圖圖，3相步進(jìn)進(jìn)電機機（1.2°/步）驅(qū)驅(qū)動物物體運運動1秒鐘。。驅(qū)動動輪的的周長長即旋旋轉(zhuǎn)一一圈移移動的的距離離大約約為50[mm]。因此，，所需需要的的必要要脈沖沖數(shù)為為1.2驅(qū)