第八章机器人的驱动摘要.ppt

* * 第八章 机器人的驱动 这里所说的机器人驱动就是机电一体化系统中的执行装置。 执行装置就是按照电信号的指令，将来自电、液压和气压等各种能源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式的机械能的装置。按利用的能源来分类，主要可分为电动执行装置、液压执行装置和气动执行装置。 新型执行装置： 　　压电执行装置：利用在压电陶瓷等材料上施加电压而产生变形的压电效应。 　　形状记忆合金执行装置：利用镍钛合金等材料具有的形状随温度变化，温度恢复时形状也恢复的形状记忆性质。 8.1 直流电机驱动（DC motor） 1. 直流电机工作原理 止口 左手定则 直流电动机通过换向器将直流转换成电枢绕组中的交流，从而使电枢产生一个恒定方向的电磁转矩。 T=BILr 换向器 电刷 2. 矩频特性曲线：电流控制曲线和电压控制曲线。 3. 直流电机的控制方式 改变电压或电流控制转速和转距。 其中，KE为电动势常数， KF为转矩常数。 PWM (Pulse Width Modulation)控制是利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进行控制，将直流电压转换成某一频率的矩形波电压，加到直流电机的电枢两端，通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变电枢两端的平均电压达到调节电机转速的目的。 优点：调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性能好（启动转矩大，启动电流小），运行平稳，转矩和转速容易控制。 4. 直流电机的特点 书籍是进步的阶梯 缺点：换相器需经常维护，电刷极易磨损，必须经常更换，噪音比交流电机大。 8.2 交流电机驱动（AC motor） 1. 工作原理 AC servomotor 止口 2.矩频特性曲线 同步电机：定子是永磁体，所谓同步是指转子速度与定子磁场速度相同。 异步电机：转子和定子上都有绕组，所谓异步是指转子磁场和定子间存在速 度差（不是角度差）。 同步电机的特点：体积小。用途：要求响应速度快的中等速度以下的工业机器人；机床领域。 伺服电机的精度由编码器的精度决定。 3.交流电机的特点 4.交流电机的控制方式 改变定子绕组上的电压或频率，即电压控制或频率控制方式。 特点：无电刷和换向器，无产生火花的危险；比直流电机的驱动电路复杂、价格高。 异步电机的特点：转子惯量很小，响应速度很快。用途：中等功率以上的伺服系统。 8.3 步进电机驱动（stepping motor） 步进电机驱动系统主要用于开环位置控制系统。优点：控制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化。缺点：由于开环控制，所以精度不高。 步进电机有三种：永磁式PM（permanent magnet）；反应式（也称可变磁阻式）VR（variable reluctance），在欧美等发达国家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应式的优点，混合式步进电机的应用最为广泛。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。简单说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 1.工作原理 PM式步进电机转子是永磁体，定子是绕组，在定子电磁铁和转子永磁体之间的排斥力和吸引力的作用下转动，步距角一般为7.5o~90o。 VR式步进电机用齿轮状的铁心作转子，定子是电磁铁。在定子磁场中，转子始终转向磁阻最小的位置。步距角一般为0.9o~15o。 HB式步进电机是PM式和VR式的复合形式。在永磁体转子和电磁铁定子的表面上加工出许多轴向齿槽，产生转矩的原理与PM式相同，转子和定子的形状与VR式相似，步距角一般为0.9o~15o。 相数：产生不同N、S对磁场的激磁线圈对数。 2. 相关术语 失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态。四相四拍运行方式：AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式： A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。一般步进电机的精度为步距角的3-5%，且不累积。 保持转距（HOLDING TORQUE）或静转矩是指电机各相绕组通额定电流，且处于静态锁定状态时，电机所能输出的最大转距。是电机选型时最重要