机器人的组成结构.ppt

1. 车轮型 2.3 移动机器人 两轮型 三轮型 四轮型 2. 履带式 救援机器人 3. 步行式 4.其它移动方式 军用昆虫机器人 爬缆索机器人 水下6000米无缆自治机器人 蛇形机器人 2.4机器人的驱动系统2.4.1关节直接驱动方式 直接驱动方式是驱动器的输出轴和机器人手臂的关节轴直接相连．间接驱动方式是驱动器经过减速器或钢丝绳、皮带、平行连杆等装置后与关节轴相连 (1)关节间接驱动方式的缺点． 大部分机器人的关节是间接驱动．这种间接驱动，通常其驱动器的输出力矩大大小于驱动关节所需要的力矩，所以必须使用减速器．另外，由于手臂通常采用悬臂梁结构，所以多自由度机器人关节上安装减速器会使手臂根部关节驱动器的负荷增大 目前中小型机器人一般采用普通的直流伺服电机、交流伺服电机或步进电机作为机器人的执行电机．由于电机速度较高，所以需配以大速比减速装置，进行间接传动．但是，间接驱动带来了机械传动中不可避免的误差，引起冲击振动，影响机器人系统的可靠性，并且增加关节重量和尺寸 (2)关节直接驱动方式 直接驱动机器人也叫作DD机器人(Direct drive robot)，简称DDR．DD机器人一般指驱动电机通过机械接口直接与关节连接． DD机器人的特点是驱动电机和关节之间没有速度和转矩的转换 DD机器人与间接驱动机器人相比，有如下优点：①机械传动精度高．②振动小，结构刚度好．③机械传动损耗小．④结构紧凑，可靠性高． ⑤电机峰值转矩大，电气时间常数小，短时间内可以产生很大转矩，响应速度快，调速范围宽．⑥控制性能较好 ． 日本、美国等工业发达国家已经开发出性能优异的DD机器人．美国Adept公司研制出带有视觉功能的四自由度平面关节型DD机器人．日本大日机工公司研制成功了五自由度关节型DD一600V机器人．其性能指标为：最大工作范围1．2 m，可搬重量5 kg，最大运动速度8．2 m／s，重复定位精度0．05 mm DD机器人目前主要存在的问题 ①载荷变化、耦合转矩及非线性转矩对驱动及控制影响显著，使控制系统设计困难和复 杂．②对位置、速度的传感元件提出了相当高的要求③需开发小型实用的DD电机． ④电机成本高 2.4.2 驱动元件 (1) 液(气)压驱动 液(气)压缸 液(气)压马达 (2)步进电动机驱动 在小的机器人上，有时也用步进电机作为主驱动电机。可以用编码器或电位器提供精确的位置反馈，所以步进电机也可用于闭环控制 步进电机是通过脉冲电流实现步进的，因此每给一个脉冲转子便转动一个步距。在精度要求不高的情况下，没有必要加入位置反馈 (3)直流电动机驱动 直流电动机与步进电动机是工业机器人中应用最广泛的两种电动机，但两者的动作方式有本质上的区别。直流电动机是连续旋转，运动连续且平滑，且本身没有位置控制能力 要实现精确的位置控制，必须加入某种形式的位置反馈，构成闭环伺服系统；有时，机器人的运动还有速度要求，所以还要加入速度反馈。一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成一个整体，即通常所说的直流伺服电机。由于采用闭环伺服控制，所以能实现平滑的控制和产生大的力矩 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的各个关节,但它们也有一些缺点，如转速不能太高 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克服了上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此无刷电动机逐渐取代了直流伺服电动机 （4）无刷直(交)流伺服电动机 原理 由图可见，转子是由永久磁铁组成，定子有绕组线圈，可以通过机壳把绕组热量散发出去，因此，同功率的无刷电动机体积质量比较直流伺服电动机小得多，或者说同体积电动机，无刷电动机功率远大于直流电动机。像直流电动机一样，无刷电动机也需要有绕组电流的换向功能，但不是由机械式换向器实现，由于组接到外部的驱动电路上，驱动电路可以根据转子位置信息利用电子开关来改变流向电枢的电流方向 无刷电动机分类: 梯形波电动机和正弦波电动机。前者也称为直流无刷电动机(DC brushless) 后者称为交流无刷电动机或交流伺服电动机 直流无刷电动机(梯形波电机)：从无刷电动机原理可以知道，它的绕组数仅2～3个(2或3相)，这数目远小于直流有刷伺服电动机定子绕组数目。因此如何减小无刷电动机工作时转矩波动，是一个关键性问题。通过无刷电动机定子绕组的电流幅值越大，产生的转矩越大。为减小转矩波动，限止电流幅值，而呈平顶状，如图6—3l所示。由梯形波代替正弦波来驱动电动机，简化了驱动电路，但为进一步减小转矩波动，这种电动机的控制系统要有速度负反馈环，这样通过速度负反馈的作用使转速平稳 正弦波电动机(交流无刷伺服电动机)：顾名思义，它是由正弦波电流驱动的。对三相情况，电流相位差120