工业机器人6章节简单机电一体化系统-

6.1 工业机器人控制的特点及分类
一、工业机器人控制的特点
工业机器人控制系统一般是以机器人的单轴或多轴运 动协调为目的的控制系统。 ➢传统的自动机械哥有是氏些以力书自，中身也Co的翻rio为动lis科作fo氏为rc力e重，。点，而工业机 器人的控制系统更在着地重理学本中体又与称操为作地对转象的相互关系。 ➢工业机器人的控偏制向与力机，构是运地球动在学转及动动力学密切相关。
工业机器人及应用－机电工程学院
工业机器人控制的特点及分类
二、工业机器人控制的分类
工业机器人控制结构的选择，是由工业机器人所执 行的任务决定的。
按运动坐标控制方式
关节空间运动控制 程序控制系统 直角坐标空间运动控制
按适应程度
适应性控制系统
按控制机器人数目 按运动控制方式
单人控工系智统能控制系统 位置控制 群控系统 速度控制
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6.1.3 步进电动机的控制



步进电动机的驱动控制是通过弱电驱动强电来实现的。 1. 步进电动机的弱电控制 弱电部分实现了频率、数量和方向的变化，主要包括脉冲混 合电路、加减脉冲分配电路、加减速电路和环形分配器四个 部分。下面简要介绍各部分的作用。 (1)脉冲混合电路 无论是数控装置送来的插补进给信号、 齿补信号，还是手动进给、手动回原点信号等等，这些信号 的目的无非是要使工作台正向进给和反向进给，因此首先应 将这些信号混合为使工作台正向运行的“正向进给”信号或 使之反向运行的“反向进给”信号。这就是脉冲混合电路的 作用。




3. 动态特性 步进电动机的控制电流的增加和转速的上升不是瞬间完成的， 它需要有一个过度过程的时间，动态特性就是研究过渡过程 对电动机运行的影响。 当控制脉冲的时间大于步进电动机的过渡时间，电动机 呈步进运行状态。如果控制脉冲的时间间隔适当小于过渡过 程时间，在B相通电时，当转子还未减速到其稳定平衡点以 前，B相就断电而C相通电，则转子将继续顺时针方向转动， 这种状态就称为步进电动机的连续运行状态。如果控制脉冲 的时间间隔过度小于过渡过程时间，则出现丢步或堵转，步 进电动机失去工作能力。
过载能力：步进电动机一般不具有过载能力。 运动性能：步进电动机的控制一般为开环控制，启 动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象， 停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其 控制精度，应处理好升、降速问题。 速度响应性能：步进电动机从静止加速到工作 转速电动机一般为每分钟几百转）需要50～200毫 秒。



(3)加减速电路(自动升降速电路) 步进电动机的加减速特性要求是， 进入步进电动机绕组的脉冲电流的频率变化要平滑。而且应有一定的时 间常数，但各进给脉冲频率间的变化可能是跃变的。因此应该将此跃变 频率经加减速电路缓冲后，再进入步进电动机绕组，使步进电动机工作 正常可靠。这就是加减速电路的作用。 (4)环行分配器 环行分配器的作用是将来自加减速电路的一系列脉 冲按一定方式送入并驱动功率放大器工作。如图6-4是三相六拍环行分配 器原理图，其三根输出引线分别接步进电动机三个线圈的A相、B相、C 相功率放大器输入端，+X表示正转信号，-X表示反转信号，CP0是进给 脉冲序列，其工作状态如表6-1所示。 随着计算机技术的飞速发展，环行分配器已软件化了。关于软环行 分配器在这里不再赘述。

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r1
X1
I1
U1
Im
r2 X2
I2 Xm
(1-s)r2/s rm
I1
I2
U1 Im
Xm X2
（a）
I2
I1
Im （b）
I2 (c)
-I'2
I'1
-I2
I1
Im
Im
(d)
图6-19交流电动机等效电路及简化等效电路 （a）等效电路 （b）电流矢量 （c）简化等效电路 （d）简化电路电流矢量
20世纪50年代，无刷电机和直流电机实现了 产品化，并在计算机外围设备和机械设备上 获得了广泛的应用。20世纪70年代则是直流 伺服电机的应用最为广泛的时代。
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6.3.1直流伺服电机的分类与特性
直流伺服电机的基本结构与工作原理与一般直流电 动机相类似。
S Fa F0
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F0
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思考练习
1、步进电机的结构及工作原理是什么？驱动 方式有哪些？各有何特点？
2、直流伺服的特点是什么？驱动方式有哪些？ 3、交流伺服的特点是什么？驱动方式有哪些？ 4、各种伺服电机的区别和特点？ 5、液压执行机构的特点是什么？
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本章小结
对不同的机电一体化设备，伺服系统驱动部 件时所需功率的差异很大，在确定驱动方式 时一般从输出功率与响应频率两个方面综合 选择。液压驱动伺服系统输出功率大、响应 频率高。伺服电机驱动的伺服系统，对不同 的伺服电机具有不同的要求，因此具有所选 择的输出功率范围大、响应频率宽的特点。
（式6-13）
K一系统泄漏系数，一般取K＝1.2；

学习目标
➢ 了解什么是装配机 器人工作站
➢ 了解装配机器人工 作站的分类与组成
➢ 熟悉装配机器人工 作站的周边设备
➢ 掌握装配机器人工 作站的结构
➢ 能够识别不同种类 的装配机器人工作 站周边设备
➢ 能够应用装配机器 人工作站
➢ 能够安装与调试装 配机器人
第6章 装配工业机器人工作站系统
装配机器人概念：
第6章 装配工业机器人工作站系统
第三节 装配工作站机器人的结构
被装配机器可以装输配送机的器机人器的人结结构构与装配的种类与性质有关。 当被装配的机器及零件可以通过传送带或转 盘输送时，多采用机器人不移动，零件与被 装配的机器或部件可以通过输送带移动的形 式；但当机器体积或重量特别大，或其它客 观原因不能移动被装配的机器或部件时，可 以采用被装配的机器或部件不动 装配工业机器人工作站系统
输送装置：在机器人装配线上，输送装置承担把工件搬 运到各作业地点的任务。输送装置中以传送带居多，其 他形式如圆盘回转式也常用。输送装置也需要根据装配 情况来进行灵活设计，不同装配要求就有不同的装配输 送装置，比如，装置的零件大，复杂，就可能用输送带 形式，零件较小，工序不多，可能用圆盘回转式。理论 上说，零件即使随传送带一起移动，借助传感器的识别 能力，机器人也能实现所谓“动态”装配，但原则上， 作业时工件都处于静止。所以最常采用的传送带为游离 式，这样，装载工件的托盘容易同步停止。输送装置的 技术难点是停止时的定位精度、冲击和减振。用减震器 可以吸收冲击能。
可能用到气动吸取或电磁吸引的方式；抓紧特殊 结构零件时可能需要特制对应的手来抓取。因此， 手的外形、工作原理、结构样式等均与装配任务 不同而变化，设计者需要根据具体情况作出相应 处理。
第6章 装配工业机器人工作站系统

三、工业机器人的末端执行器
根据其结构和用途的不同，可以分为机械式夹持 器、吸附式末端执行器和专用工具（如焊枪、喷 嘴、电磨头等）。 （一）机械式夹持器的结构 机械式夹持器多为双指爪式，其手指的运动为平 移或回转（单点支承或双点支承）
典型机电一体化系统课件
机械式夹持器 a)单支点回转型 b)双支点回转型 c)平移型典型机电一d体)内化系撑统型课件
典型机电一体化系统课件
装配系统中的双臂机器人
1~7—固定式电视摄像机 8—可转式电视摄像机 9—抓握手臂 10—感知手臂 11~13—吸典型尘机器电零一体部化件系统1课4—件吸尘器装配成品
焊接作业系统的机器人 1—机器人 2—传送带 3—汽车壳体
喷漆作业系统中的机器人 1—工装板 2—循环拖动链条 3—工件识别站 4—工件 5—行程开关 6—直角坐标机 器人 7、8、9、10—垂直关 节机器人
原点PB X35
原点PB X35
PB 停止X27
起动 PB
急停 PB
用于通断外部负载的电源的按钮
图l0-8 机械手控制的操作面板
典型机电一体化系统课件
初始化电路 原点位置条件
左移限位 上限位
放松
M8044
S0
手动方式 初始状态
M8000 RUN监控
初始状态 1ST X20 S20 S27 MANUAL OPERATION
典型机电一体化系统课件
（a）关节型
（b）球坐标型
（c）圆柱坐标型
（d）直角坐标型
典型机电一体化系统课件
工业机器人的坐标系
典型机电一体化系统课件
（a） PUMA机器人的坐标系
（b）
（a）基准装填 （b）坐标系
典型机电一体化系统课件

1—芯轴 2—端盖 3—输出轴承 4—壳体(针轮) 5—密封圈 6—输出法兰(输出轴) 7—定位销
8—行星齿轮 9—曲轴组件 10—滚针轴承 11—RV齿轮 12—针齿销 6B-8A
2.安装要求 由于RV E标准型减速器的组成部件为整体单元式结构,其安装相 对简单。当减速器更换或维护后,需要重新安装时,可按表6.2-1的 基本安装步骤,安装减速器、连接输出侧负载。
1—太阳轮 2—输出法兰 3—行星齿轮 4—壳体(针轮) 5—端盖 6—电机安装法兰 7—曲轴 8—输入轴组件
9—连接杆 10、14—密封圈 11—RV齿轮 12—输出轴承 13—针形销 15—输出法 兰或轴 16—轴承
6B-8A
图6.3-2 GH高速型减速器的输出连接形式 6B-8A
2.选配件 GH高速型减速器的电机安装法兰、输入轴组件可根据驱动电机 的结构选配,Nabtesco Corporation配套的选配件如下。
4b-6a
2.基本结构 RV减速器的基本结构如图6.1-1所示。减速器由芯轴、端盖、针 轮、输出法兰、行星齿轮、曲轴组件、RV齿轮等部件构成。
4b-6a
图6.1-1 RV减速器的内部结构 1—芯轴 2—端盖 3—针轮 4—密封圈 5—输出法兰 6—行星齿轮
7—曲轴组件 8—圆锥滚柱轴承 9—RV齿轮 10—针齿销
表6.2-6 RV N紧凑型减速器的安装公差要求(单位:mm) 6B-8A
3.润滑要求 RV N紧凑型减速器的润滑脂充填也需要在减速器安装完成后进 行,润滑脂的充填要求如图6.2-16所示。
6B-8A
图6.2-16 RV N紧凑型减速器的润滑要求 1—可充填的区域 2—必须充填的区域 3—预留的膨胀区
6B-8A
图6.2-12 RV E标准型减速器的安装公差要求 6B-8A