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1、工業(yè)機器人的驅(qū)動方式 主講 周蘭 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：n分類： n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、擺動液壓缸。 n從控制水平的高低來分分為開環(huán)控制液壓系統(tǒng)和閉環(huán)控制液壓系統(tǒng)。n適用范圍： n液壓系統(tǒng)具有較大的功率體積比，適合于大負載的情形。 n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。 2氣壓驅(qū)動：n分類：n直線氣缸，擺動汽缸及旋轉(zhuǎn)氣動馬達。n適用范圍： n適合于節(jié)拍快、負載小且精度要求不高的場合（因為空氣具有可壓縮性）。 3電力驅(qū)動：n分類： n按照電機的工作原理不同分為步進電

2、機、直流伺服電機、無刷電機等。n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)。n適用范圍： n適合于中等負載，特別適合于動作復雜、運動軌跡嚴格的各類機器人。 二、對驅(qū)動裝置的要求n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。n反應速度要快。要求力質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大。 n動作平滑，不產(chǎn)生沖擊。n控制靈活，位移偏差和速度偏差小。n安全可靠。 n操作維修方便等。 三、液壓驅(qū)動裝置 1實現(xiàn)直線運動的液壓缸： n主要構(gòu)成：n主要由活塞、活塞桿、缸體、缸蓋、密封圈、進出油口等構(gòu)成。n工作原理： 單活塞桿液壓缸結(jié)構(gòu)圖：主要構(gòu)成： 1、18缸蓋 11活塞 12活塞桿 3進、出油口

3、 7、 8、9、 15、16密封圈 2實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達： n液壓馬達是將液壓能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。從構(gòu)成來看，液壓馬達分為齒輪式、葉片式以及軸向柱塞式。 葉片式液壓馬達工作原理圖：工作流程：壓力油進入油腔a作用在葉片2的右側(cè)、葉片1的左側(cè)葉片2伸出面積大推力大推動葉片順時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)至b腔回油帶動中心軸回轉(zhuǎn)液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。主要構(gòu)成：缸體 定子 轉(zhuǎn)子 葉片 輸出軸 進油口 出油口 進油腔a 回油腔b 葉片式液壓馬達結(jié)構(gòu)圖： 6定子 7轉(zhuǎn)子 8葉片 3閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)（1）： n通常用運算放大器做成的伺服放大器向液壓伺服系統(tǒng)中的電液伺服閥提供一個電信號。由電信號控制先導閥再控制一級或兩級液壓

4、放大器，產(chǎn)生足夠的動力去驅(qū)動機器人的機械部件。 閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖例（1）： 液壓伺服系統(tǒng)原理圖 閉環(huán)伺服系統(tǒng)圖例（2）： 用伺服閥控制液壓缸簡化原理圖 3閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)（2）：n核心液壓元件：n在閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中，核心液壓元件是電液伺服閥。 n作用及特點：n電液伺服閥是一種接受電氣，輸出相應調(diào)制流量和壓力的液壓控制閥。n分類： n電液伺服閥的種類繁多。按液壓放大器的級數(shù)可分為單級、兩級和三級；按第一級液壓放大器的結(jié)構(gòu)分，有滑閥、噴嘴擋板閥、射流管閥等。其中以雙噴嘴擋板閥為最常用。 信號類型：脈沖信號模擬信號 3閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)（3）：n噴嘴擋板閥：n結(jié)構(gòu)：主要由三部分構(gòu)成：力矩馬達、前置級及

5、功率級。前置級接受力矩馬達的控制信號，通過改變噴嘴的大小改變油的流量控制功率閥；功率閥接受前置級的流量信號控制并相應動作控制機器人某關節(jié)動作。n特點：能夠按照控制要求動作。 n工作原理：n擋板4處于控制噴嘴5中間位置工作閥芯7不動作力矩馬達1通電擋板4移動改變噴嘴5口徑大小工作閥芯7兩端產(chǎn)生壓差閥芯移動 噴嘴擋板閥結(jié)構(gòu)示意圖：力矩馬達前置閥功率閥 噴嘴擋板閥結(jié)構(gòu)示意圖： 四、電機驅(qū)動裝置的工作原理 1步進電機：n結(jié)構(gòu)：n定子：定子鐵芯由硅鋼片疊加而成。每個定子磁極上均有控制繞組，且有均勻分布的小齒。 n轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵芯同樣由硅鋼片疊加而成。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，其上也有均勻分布的

6、小齒。通常定子磁極上的小齒和轉(zhuǎn)子上的小齒其齒寬和槽寬都是一樣的。但它們之間的相對位置按一定的規(guī)律排列。如當A相定子小齒和轉(zhuǎn)子小齒對準時，B、C相的定子小齒就會和轉(zhuǎn)子的小齒錯開。 n錯齒是步進電動機能夠步進的根本原因 n工作原理：n A、B、C相電流通常來自于機器人控制系統(tǒng) 步進電機工作原理圖（1）： A相通電B相通電C相通電定子轉(zhuǎn)子1515 三相步進電機結(jié)構(gòu)圖： 2直流伺服電機（1）： n構(gòu)成：由定子、轉(zhuǎn)子和換向器構(gòu)成。n定子：由極心、極掌和勵磁繞組構(gòu)成。n轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子鐵芯和電樞繞組構(gòu)成。n換向器：改變電樞繞組中電流的流動方向； 并使磁極下的電流方向保持不變。n工作原理： 直流電機結(jié)構(gòu)示意圖：

7、直流電機結(jié)構(gòu)直流電機的磁極和磁路電樞繞組 直流伺服電機工作原理圖：1、通電導體在磁場中一定會受到力的作用。2、判斷受力方向用左手法則：磁力線穿過手心，四指指向電流方向，大拇指則指向受力方向。3、電樞繞組在旋轉(zhuǎn)一周的過程中，每根導體中的電流方向發(fā)生了改 變，但由于換向器的作用，保證了每個磁極下的導體的通電方向不變，從而使得電樞的受力方向不變。 2直流伺服電機（2）： n直流電機的分類：n直流電動機根據(jù)勵磁繞組與電樞繞組的連接方式不同可分為他勵、并勵、串勵與復勵。n直流伺服電機：n轉(zhuǎn)子電樞繞組的電源來自于控制系統(tǒng)的他勵直流電機。n直流伺服電機的調(diào)速與換向： n通過改變控制系統(tǒng)提供電源電壓的大小和極性改變電機的速度和方向。 直流電機分類圖例：他勵并勵串勵復勵接機器人控制系統(tǒng) 作業(yè)：n參見機器人技術補充講義P10，說明直流伺服電機的主要構(gòu)成及工作原理。