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1、工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式 主講 周蘭 一、驅(qū)動(dòng)裝置的分類機(jī)器人驅(qū)動(dòng)分為液壓、氣動(dòng)和電動(dòng)三種形式。 1液壓驅(qū)動(dòng)：n分類： n從運(yùn)動(dòng)形式來分分為直線驅(qū)動(dòng)如直線運(yùn)動(dòng)液壓缸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)如液壓馬達(dá)、擺動(dòng)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(fù)載的情形。 n液壓驅(qū)動(dòng)的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)在于它的安全性。如噴漆時(shí)要求工作區(qū)域所帶電壓不超過9V。 2氣壓驅(qū)動(dòng)：n分類：n直線氣缸，擺動(dòng)汽缸及旋轉(zhuǎn)氣動(dòng)馬達(dá)。n適用范圍： n適合于節(jié)拍快、負(fù)載小且精度要求不高的場合（因?yàn)榭諝饩哂锌蓧嚎s性）。 3電力驅(qū)動(dòng)：n分類： n按照電機(jī)的工作原理不同分為步進(jìn)電

2、機(jī)、直流伺服電機(jī)、無刷電機(jī)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(fù)載，特別適合于動(dòng)作復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)軌跡嚴(yán)格的各類機(jī)器人。 二、對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的要求n驅(qū)動(dòng)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(yīng)速度要快。要求力質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大。 n動(dòng)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(dòng)裝置 1實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)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(jìn)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(jìn)、出油口

3、 7、 8、9、 15、16密封圈 2實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)： n液壓馬達(dá)是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。從構(gòu)成來看，液壓馬達(dá)分為齒輪式、葉片式以及軸向柱塞式。 葉片式液壓馬達(dá)工作原理圖：工作流程：壓力油進(jìn)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(dòng)葉片順時(shí)針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)至b腔回油帶動(dòng)中心軸回轉(zhuǎn)液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。主要構(gòu)成：缸體 定子 轉(zhuǎn)子 葉片 輸出軸 進(jìn)油口 出油口 進(jìn)油腔a 回油腔b 葉片式液壓馬達(dá)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(yùn)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(gè)電信號(hào)。由電信號(hào)控制先導(dǎo)閥再控制一級(jí)或兩級(jí)液壓

4、放大器，產(chǎn)生足夠的動(dòng)力去驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的機(jī)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(diǎn)：n電液伺服閥是一種接受電氣，輸出相應(yīng)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(jí)數(shù)可分為單級(jí)、兩級(jí)和三級(jí)；按第一級(jí)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(hào)類型：脈沖信號(hào)模擬信號(hào) 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(dá)、前置級(jí)及

5、功率級(jí)。前置級(jí)接受力矩馬達(dá)的控制信號(hào)，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(jí)的流量信號(hào)控制并相應(yīng)動(dòng)作控制機(jī)器人某關(guān)節(jié)動(dòng)作。n特點(diǎn)：能夠按照控制要求動(dòng)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(dòng)作力矩馬達(dá)1通電擋板4移動(dòng)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(dòng) 噴嘴擋板閥結(jié)構(gòu)示意圖：力矩馬達(dá)前置閥功率閥 噴嘴擋板閥結(jié)構(gòu)示意圖： 四、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的工作原理 1步進(jìn)電機(jī)：n結(jié)構(gòu)：n定子：定子鐵芯由硅鋼片疊加而成。每個(gè)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(duì)位置按一定的規(guī)律排列。如當(dāng)A相定子小齒和轉(zhuǎn)子小齒對(duì)準(zhǔn)時(shí)，B、C相的定子小齒就會(huì)和轉(zhuǎn)子的小齒錯(cuò)開。 n錯(cuò)齒是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠步進(jìn)的根本原因 n工作原理：n A、B、C相電流通常來自于機(jī)器人控制系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖： 2直流伺服電機(jī)（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(lì)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(dòng)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(jī)結(jié)構(gòu)示意圖：

7、直流電機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的磁極和磁路電樞繞組 直流伺服電機(jī)工作原理圖：1、通電導(dǎo)體在磁場中一定會(huì)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(dǎo)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(gè)磁極下的導(dǎo)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(jī)（2）： n直流電機(jī)的分類：n直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式不同可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)與復(fù)勵(lì)。n直流伺服電機(jī)：n轉(zhuǎn)子電樞繞組的電源來自于控制系統(tǒng)的他勵(lì)直流電機(jī)。n直流伺服電機(jī)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(jī)的速度和方向。 直流電機(jī)分類圖例：他勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)接機(jī)器人控制系統(tǒng) 作業(yè)：n參見機(jī)器人技術(shù)補(bǔ)充講義P10，說明直流伺服電機(jī)的主要構(gòu)成及工作原理。