第3章微分运动与速度.ppt

4. 微步距步进电机 电机在变序过程中，逐渐的接通或关断每个线圈，该过程可分为很多小步，可达250步。如果线圈A接通99%，而线圈B接通1%，转子就微微转向磁阻最小点，相对于上步移动了一个微步距；下一步则A接通98%，B接通2%，转子有转动一个微步距，直到两个绕组电流相同为止。因此，微步距电机可以按任意角速度驱动来达到任意期望角位移，并可随时停止。 电压的分级由电子电路实现，将电压每级分割的很细，步距角较小，反电动势较小。因此步进电机的性能明显提高，输出力矩更大，无丢步现象且最大转速也更高。 但是微步进需要更复杂的驱动器，该驱动器要求较高的精度和较好的电流分辨率，成本较高。 是，只需一定的努力，自己就可以设计并组装出伺服控制器。请注意，设计一个控制伺服电机位置的控制器相对容易，通过一个简单的反馈元件如电位器或编码器就能实现。然而，如果要控制机器人的速度（这就是为什么使用伺服电机的原因），则伺服控制器的设计就会变得相当复杂。 此外，还必须选择一款合适的微处理器，要求其具有足够的计算能力来计算运动学方程，还要有足够的输入输出端口以便实现与电机的通讯。将机器人机械部分与驱动器以及微处理器集成起来就完成了机器人的设计。当机器人完成编程后，就能正常工作了。下面几章将学习更多关于传感器的知识，那时将需要的传感器信息也集成到机器人中去。 六 步进电机 特性： 不需要反馈，直接接通电源不会旋转，不转时力矩最大，即使没有通电也有一个残留力矩，叫做爪级(detent)力矩，没通电时，要转动步进电机需要额外的力矩。 构造： 由永磁转子和定子组成。 工作原理： 步进电机的工作原理如下图所示 假设步进电机的钉子上有两组线圈和一对永久磁铁作为转子，当给定子线圈加电时，永磁转子将旋转到定磁场一致的方向。 除非磁场旋转，否则转子就停留在该位置。切断当前线圈中的电流，对下一组线圈通电，转子将再次转至和新磁场方向一致的方向， 每次旋转的角度都等于步矩角，步矩角可以从180°到小至不到1°变化（本例是90°）。接着，当切断第二组线圈时，第一组线圈再一次接通，但是极性相反，这将使转子沿同样的方向又转了一步。这个过程在关断一组线圈并接通另一组线圈时保持继续，经过四步就使转子转回到原来的初始位置。现在假设在第一步结束时，不是切断第一组线圈并接通第二组线圈，而是接通两组线圈的电源。此时，转子将仅旋转45°，和最小磁阻方向一致。 此后，如果关断第一组线圈的电源，而 第二组线圈的电源继续保持接通状态，转子将再次转过45°。这叫做半步运行，包括一个八拍运动序列。 当然，如果开关次序是相反的，转子就以相反的方向旋转。在整步运行时，大多数工业步进电机的步距角在1.8°～7.5°之间。显然，为了减少步距，可以增加极数，然而，极数有物理上的限制。为了进一步增加每转的步数，在转子和定子上加工数量不同的持久可以产生卡尺相似的效果。例如，在转子上加工50个齿，在定子上加工40个齿将产生1.8°的步距角，即每转步进200步。 1. 杯状电机 结构特点： 结构扁平，常用于垂向间隙小的场合。 杯状电机定子和转子： 定子由四个杯罩组成 结构： 中心抽头式的结构允许通过让不同的半边线圈通电来改变磁场极性 线圈通电顺序 通电序列变换对应的磁极极性变换 2. 混合式步进电机 结构：通常由两个绕组组成，带有四个磁极，定子和转子磁极上都加工有小齿。 混合式步进电机 混合式步进电机转子 工作原理： 假设对一个绕阻激磁，转子将转向磁阻最小的路径，如果切断一个磁阻电流并且接通第二组绕阻，转子旋转30°，继续同样的通电序列将使转子旋转。如果反方向改变序列将使转子朝相反的方向旋转。控制序列越快将使转子旋转越快。所以通过控制通电序列的方向及速度，就可以控制转子的运动和角速度。 步进电机的驱动电路 步进电机的引线结构 3. 单极、双极合双绕组步进电机 步进电机的速度—力矩特性 步进电机的过压保护 利用齐纳管来增加最大速度 5. 步进电机的控制方法 (1) 用微处理器直接驱动步进电机 小电流输出 大电流输出 (2) 用专用集成电路（脉冲分配器）来控制步进电机的运动 脉冲分配器 用脉冲分配器驱动带微处理器的步进电机 §6.5 生物金属（Biometal） 特性：在某一温度，合金的晶格结构会从马氏体状态变化到奥氏体状态，并因此变短。变冷时，能再次回到马氏体状态。 缺点：应变发生在一个很小的温度范围，除了在开关情况下，精确控制拉力很困难，同时也很难控制位移。 带有生物金属线驱动器的三指末端执行器 §6.6 减速器 通过大一时学习的机械设计基础课程，我们知道最常用的减速器是行星齿