工业机器人的驱动方式
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工业机器人驱动与控制系统页数:23
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工业机器人的驱动方式
工业的驱动方式
1. 介绍
工业是一种能够自主执行任务的可编程设备，广泛应用于制造和生产领域。
其驱动方式决定了在运行过程中所使用的能源类型以及控制方法。
2. 驱动系统分类
2.1 电气驱动系统
- 直流电机：采用直流电源供给，并通过调节转子磁场实现速度和位置控制。
- 步进电机：根据输入脉冲信号进行精确步长移动，适合需要高精度定位操作。
- AC伺服电机：利用交变频率来改变旋转速度并提供更好的负载承受力。
2.2 液压/气压驱动系统
- 液压传感技术: 利用液体（通常为油）作为媒介，在活塞或缸筒之间施加力量来推送部件运行。
- 气压试验台: 使用空气或其他非腐蚀性、无毒害物质将线性运输装置带到目标位置上去.
3. 控制方法
3 .1 开环控制：
在开环控制下, 系统输出不会影响到控制器的输入。
这种方法简单且成本较低，但对于精确度要求高的应用不太适合。
3.2 闭环控制：
在闭环控制下, 系统输出会通过传感器反馈给控制器进行调整和校正。
这种方法可以提供更好的稳定性和准确性。
4. 驱动方式选择因素
- 负载能力：机械臂所需承受负荷大小。
- 运行速度：工作任务需要多快完成。
- 定位精度: 工业在执行操作时所需达到的位置准确程度.
5. 法律名词及注释
- 相关附件:
1、驱动系统技术规格表
2、电气/液压/气压部件清单
以上是有关工业驱动方式详细介绍，请参考使用。
1.1工业机器人的系统组成
MMT
三种驱动方式比较：
电气驱动方式:电气驱动所用能源简单，机构速度变化范围大，效率高，速
度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪声低和控制灵活的特点。
MMT
【背景知识】 2．机械结构系统
工业机器人的机
械结构系统是工业机 器人为完成各种运动 的机械部件。系统由 骨骼(杆件)和连接它 们的关节(运动副)构 成，具有多个自由度， 主要包括手部、腕部、 臂部、机身等部件， 如右图所示。
2MMT
机械结构系统——手腕
手腕是连接末端执 行器和手臂的部件，它的作 用是调整或改变工件的方位， 因而它具有独立的自由度， 以使机器人——手臂
手臂是机器人执行 机构中重要的部件，它的作 用是将被抓取的工件运送到 给定的位置上。
2MMT
机械结构系统——腰部和基座
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位 置，是机器人获取信息的窗口 。
MMT
【背景知识】 3．感受系统
感受系统由内部传感器和外部传感器构成。 传感器处于连接外界环境与机器人的接口位置， 是机器人获取信息的窗口 。
机器人对传感器的要求 ①精度高、重复性好； ② 稳定性和可靠性好； ③ 抗干扰能力强； ④ 质量轻、体积小、安装方便。
MMT
（1)传感器的分类 根据传感器在机器人上应用目的与使用范围的 不同，将其分成两类：内部传感器和外部传感器。 内部传感器：用于检测机器人自身的状态，如： 测量回转关节位置的轴角编码器、测量速度以控制 其运动的测速计。 外部传感器：用于检测机器人所处的环境和对 象状况，如视觉传感器，可为更高层次的机器人控 制提供大得多的适应能力，也是给工业机器人增加 了自动检测能力。外部传感器可进一步分为末端执 行器传感器和环境传感器。
机器人的驱动与控制
机器人对关节驱动电机的要求如下： 1）快速性。电动机从获得指令信号到完成指令所要求工作状 态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高， 快速响应性能愈好。 2）起动转矩惯量比大。在驱动负载的情况下，要求机器人的 伺服电动机起动转矩大，转动惯量小。
3）控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转 速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。
所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机 和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直 接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、 高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精 度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动 机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广 泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。 工业机器人驱动系统中所采用的电动机，大致可细分为以下几种：
4）调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5）体积小、质量小、轴向尺寸短。 6）能经受起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减 速运行，并能在短时间内承受过载。 目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机 在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下 的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。
3）应用计算机的机器人具有故障诊断功能，可在屏幕上指示有 故障的部分和提示排除它的方法。还可显示误操作及工作区内有无障 碍物等工况，提高了机器人的可靠性和安全性。
4）可实现机器人的群控， 使多台机器人在同一时间进行相同作 业，也可使多台机器人在同一时间各自独立进行不同的作业。
5)在现代化的计算机集成制造系统(CIMS) 中，机器人是 不少的设备，但只有计算机控制的工业机器人才便于与CIMS 联网，使其充分发挥柔性 自动化设备的特性。
3）控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转 速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。
所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机 和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直 接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、 高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精 度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动 机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广 泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。 工业机器人驱动系统中所采用的电动机，大致可细分为以下几种：
4）调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5）体积小、质量小、轴向尺寸短。 6）能经受起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减 速运行，并能在短时间内承受过载。 目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机 在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下 的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。
3）应用计算机的机器人具有故障诊断功能，可在屏幕上指示有 故障的部分和提示排除它的方法。还可显示误操作及工作区内有无障 碍物等工况，提高了机器人的可靠性和安全性。
4）可实现机器人的群控， 使多台机器人在同一时间进行相同作 业，也可使多台机器人在同一时间各自独立进行不同的作业。
5)在现代化的计算机集成制造系统(CIMS) 中，机器人是 不少的设备，但只有计算机控制的工业机器人才便于与CIMS 联网，使其充分发挥柔性 自动化设备的特性。
工业机器人驱动方式、传动系统、传感器及控制系统
题目：1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型，比较2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型，比较3、现在机器人的控制系统、控制结构概述：机器人问世已有几十年，但没有一个统一的意见。
原因之一是机器人还在发展，另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念，成为一个难以回答的哲学问题。
也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间。
美国机器人协会（RIA)：一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。
美国家标准局：一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。
1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。
日本工业标准局：一种机械装置，在自动控制下，能够完成某些操作或者动作功能。
英国：貌似人的自动机，具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。
中国：我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。
尽管各国定义不同，但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点：(1) 是一种自动机械装置，可以在无人参与下，自动完成多种操作或动作功能，即具有通用性。
(2)可以再编程，程序流程可变，即具有柔性(适应性）。
机器人是20世纪人类伟大的发明，比尔•盖茨预言：机器人即将重复PC机崛起的道路，彻底改变这个时代的生活方式。
机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。
驱动方式现代工业机器人的驱动方式主要有三种：气动驱动、液压驱动和电动驱动。
气动驱动机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。
简述机器人的三种驱动方式
简述机器人的三种驱动方式机器人是一种能够自主行动和执行任务的智能设备。
为了实现机器人的运动和行为，需要采用不同的驱动方式。
目前，常见的机器人驱动方式主要有三种：轮式驱动、腿式驱动和飞行器驱动。
一、轮式驱动轮式驱动是最常见的机器人驱动方式之一。
这种驱动方式类似于汽车的轮子，通过驱动轮子的转动来实现机器人的移动。
轮式驱动具有灵活性高、速度快、适应性强等优点，适用于平坦地面的移动。
一些家庭服务机器人、清洁机器人和工业机器人常常采用轮式驱动方式。
轮式驱动的机器人可以通过控制左右轮子的转速和方向来实现前进、后退、转向等基本运动。
二、腿式驱动腿式驱动是一种仿生学的驱动方式，模拟了生物的步态行走。
腿式驱动的机器人通常具有多个腿部，每个腿部由多个关节连接，通过控制关节的运动来实现机器人的行走。
腿式驱动的机器人具有良好的适应性和稳定性，可以在不平坦的地面上行走。
一些需要在复杂环境中执行任务的机器人，如灾害救援机器人、探险机器人等，常常采用腿式驱动方式。
三、飞行器驱动飞行器驱动是一种通过空气动力学原理实现机器人运动的驱动方式。
飞行器驱动的机器人可以通过螺旋桨或喷气推进器产生升力或推力，实现在空中自由飞行。
飞行器驱动的机器人具有独特的优势，可以快速覆盖大范围的区域，适用于空中巡航、航拍、监测等任务。
无人机是一种常见的飞行器驱动机器人，已经广泛应用于农业、物流、安防等领域。
机器人的驱动方式主要包括轮式驱动、腿式驱动和飞行器驱动。
不同的驱动方式适用于不同的应用场景和任务要求。
轮式驱动适用于平坦地面的移动，腿式驱动适用于复杂环境的行走，飞行器驱动适用于空中飞行。
随着技术的不断进步，机器人的驱动方式将会更加多样化和智能化，为实现更复杂的任务提供更强大的支持。
机器人技术驱动方法
机器人技术驱动方法随着科技的飞速发展，机器人技术已经深入到我们生活的各个领域，为我们的生活带来了前所未有的便利。
在这篇文章中，我们将探讨机器人技术的驱动方法，以及这些方法如何影响我们的未来。
一、电机驱动电机驱动是机器人技术中最常用的驱动方法之一。
电机驱动通过电动马达来驱动机器人的运动，可以通过调节电机的电压或电流来控制机器人的速度和方向。
这种驱动方法的优点是控制精度高，响应速度快，适用于需要高速运动的机器人。
二、液压驱动液压驱动是通过液压系统来驱动机器人的运动。
液压系统由液压泵、液压缸和控制系统组成。
液压驱动的优点是力量大、稳定性好，适用于需要高负载能力的机器人。
三、气压驱动气压驱动是通过气压系统来驱动机器人的运动。
气压系统由空气压缩机、气压缸和控制系统组成。
气压驱动的优点是速度快、响应灵敏，适用于需要快速反应的机器人。
四、电动-液压驱动电动-液压驱动结合了电机驱动和液压驱动的优点，具有高精度、高负载能力和快速响应的特点。
这种驱动方法通过电动马达来驱动液压泵，将液压油输送到液压缸中，从而驱动机器人的运动。
五、电动-气压驱动电动-气压驱动结合了电机驱动和气压驱动的优点，具有高精度、快速响应和低成本的特点。
这种驱动方法通过电动马达来驱动空气压缩机，将空气输送到气压缸中，从而驱动机器人的运动。
综上所述，机器人技术的驱动方法有多种，每种方法都有其独特的优点和适用范围。
随着技术的不断发展，我们相信未来还会有更多创新的驱动方法出现，为我们的生活带来更多的便利和可能性。
工业机器人直接电驱动技术研究引言随着工业自动化的快速发展，工业机器人已成为现代制造业的重要支柱。
在工业机器人的驱动技术中，直接电驱动技术以其高精度、高速度和高效率等优势，逐渐引起了研究人员的。
本文将重点探讨工业机器人直接电驱动技术的研究现状和应用前景。
研究现状直接电驱动技术是一种通过直接电能输入来驱动机器人运动的技术。
在工业机器人领域，直接电驱动技术主要分为以下几种类型：1、肌肉驱动肌肉驱动是一种通过模仿生物肌肉的电驱动技术。
机器人的主要驱动方式及其特点.
一目前机器人的主要驱动方式及其特点根据能量转换方式，将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置。
在选择机器人驱动器时，除了要充分考虑机器人的工作要求，如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求外，还应考虑到是否能够在较大的惯性负载条件下，提供足够的加速度以满足作业要求。
A液压驱动特点液压驱动所用的压力为5～320kgf/cm2.a）优点1能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。
2可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好。
3由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停。
4液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级调速。
5使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。
6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。
B）缺点1油液容易泄漏。
这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染。
2因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。
3因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。
4需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。
C)适用范围液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合。
在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。
B气压驱动的特点气压驱动在工业机械手中用的较多。
使用的压力通常在0.4-0.6Mpa，最高可达1Mpa。
a）优点1快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5 m/s。
2气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。
3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。
4通过调节气量可实现无级变速。
5由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。
6可以把驱动器做成关节的一部分，因而结构简单、刚性好、成本低。
工业机器人的驱动系统分类及特点
工业机器人的驱动系统分类及特点
液压驱动系统是利用液体的流动和液压元件的作用实现机器人的运动。
其特点是具有较大的推力和扭矩输出，适用于重型机械臂和需要高负载、
高速度运动的场景。
液压驱动系统的优点是工作平稳，噪音小，可靠性高，但其缺点是驱动精度相对较低，成本较高。
电动驱动系统是通过电动机驱动机器人的运动。
常用的电动机包括直
流电动机、交流电动机和步进电动机等。
电动驱动系统的特点是具有较高
的驱动精度和较好的响应性能，适用于需要高精度和灵活性的场景。
电动
驱动系统的优点是体积小，重量轻，能耗低，但其缺点是输出力较小，不
适用于高负载场景。
气动驱动系统是利用气体的压缩和释放来实现机器人的运动。
其特点
是具有快速动作和较大的力矩输出，适用于需要轻量化和快速运动的场景。
气动驱动系统的优点是成本低，可靠性高，但其缺点是运动精度较低，噪
音较大，能耗较高。
除了以上三种主要的驱动系统，还有一些其他新兴的驱动技术在工业
机器人中得到应用，如直线电动机驱动系统、磁悬浮驱动系统等。
这些驱
动技术具有更高的驱动精度和响应速度，能够实现更复杂的运动轨迹和操
作方式。
综上所述，不同的驱动系统适用于不同的工业机器人应用场景。
液压
驱动系统适用于重型和高负载机器人，电动驱动系统适用于需要高精度和
灵活性的场景，气动驱动系统适用于轻量化和快速运动的场景。
随着技术
的不断发展和创新，将有更多新型的驱动系统被应用于工业机器人中，进
一步提升其性能和应用范围。
机器人本体的五大组成
机器人本体的五大组成
机器人本体包括：驱动系统、机械系统、传感系统、控制系统和系统接口五大部分组成，下面来分类讲一下机器人本体包括哪几部分。
1、机械系统：机器人的机械本体机构基本上分为两大类，一类是操作本体机构，它类似人的手臂和手腕，另一类为移动型本体结构，主要实现移动功能。
2、驱动系统：工业机器人驱动系统又叫伺服单元的作用是使驱动单元驱动关节并带动负载按预定的轨迹运动。
已广泛采用的驱动方式有：液压伺服驱动、电机伺服驱动，气动伺服驱动，市场上主流的伺服电机厂家有安川、三菱、松下等。
3、控制系统：各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出。
机器人通常采用主计算机与关节驱动伺服计算机两级计算机控制，计算机控制系统包括电机驱动软件和轨迹控制软件。
4、传感系统：除了关节伺服驱动系统的位置传感器(称作内部传感器)外，还需要搭配视觉、力觉、触觉、接近等多种类型的传感器(称作外部传感器)。
5、输出/输入系统接口：为了与周边系统及相应操作进行联机与应答，会开放各种通信接口和人机通信装置。
简述工业机器人的驱动方式
简述工业机器人的驱动方式
工业机器人的驱动方式主要有以下几种：
1.电气驱动：利用各种电动机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节，以获得所需的位置、速度和加速度。
这种驱动方式具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低、驱动效率高等优点，应用最为广泛。
其中，交流伺服电机驱动具有大的转矩质量比和转矩体积比，没有直流打击的电刷和整流子，因而可靠性高，运行时几乎不需要维护，可用在防爆场合，因此在现代机器人中广泛应用。
2.液压驱动：利用液压泵将动力源的机械能转换为压力能，然后通过液压缸和液压马达将压力能转换为机械能，以驱动机器人关节。
3.气动驱动：利用气动泵将气体压力能转换为机械能，然后通过气缸和气马达将机械能转换为驱动力，以驱动机器人关节。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，请查阅专业书籍或咨询专业人士。
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来控制步进电机运转的。
驱动器细分后的主要优点： （1）完全消除了电机的低频振荡。 （2）同时也提高了电机的输出转矩。 （3）提高了电机的分辨率。
3. 运行矩频特性
起动曲线
运行曲线
在这个输出转矩 区间，步进电机 启动时的输入脉 冲频率必须缓慢 增加
4. 步进电机驱动的特点
控制系统简单可靠，成本低；控制精度受步距角限制，高负 载或高速度时易失步，低速运行时会产生步进运行现象。
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。
失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
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的参数之一。通常步进电机在低速时的力矩接 近保持转矩。比如，当说2Nm的步进电机时，在没有特殊说明的情 况下一般是指保持转矩为2Nm的步进电机。
工业机器人的驱动方式
2020/11/11
工业机器人的驱动方式
一、驱动装置的分类
机器人驱动分为液压、气动和电动 三种形式。
1．液压驱动：
n 分类：
n 从运动形式来分分为直线驱动如直线运动液压缸 和旋转驱动如液压马达、摆动液压缸。
n 从控制分为开环控制液压系统和闭环控制液压系 统。
n 适用范围：
n 液压系统具有较大的功率体积比，适合于大负载 的情形。
定位转矩是指电机各相绕组不通电且处于开路状态时，由于混 合式电机转子上有永磁材料产生磁场，从而产生的转矩。一般定位 转矩远小于保持转距。是否存在定位转距是混合式步进电机区别于 反应式步进电机的重要标志。 DETENT TORQUE 在国内没有统一 的翻译。
细分驱动器的原理 通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角
制，即便是超大载荷，依然可以单手指操控，避免装备失控。
3、简单的设计、使用及维护性。
工业机器人的驱动方式
2．实现回转运动的液压马达：
n 液压马达是将液压能转换为机械 能的装置。从构成来看，液压马 达分为齿轮式、叶片式以及轴向 柱塞式。
叶片式液压马 达工作原理图：
工作流程：
压力油进入油腔a—作用在 叶片2的右侧、叶片1的左 侧—叶片2伸出面积大—推 力大—推动叶片顺时针旋 转—转至b腔回油—带动中 心轴回转—液压能转变为机 械能。
1.3、无损失远程控制执行。可通过网络等远程进行系统的操控。
1.4、运动特性完全数字化。速度、行程与电脉冲有直接的对应关系，
2、优秀的生存力
2.1、高电磁兼容性
2.1.1、高抗干扰。由于传输采用数字脉冲功率信号可控性好。
2.1.2、低电磁辐射。
2.2、抗大加速度冲击振动。由于数字液压器件不采用线性电磁铁作为控制核心，因
2. 步进电机按其励磁相数可分为三相、四相、五相、 六相等；按其工作原理可分为反应式、永磁式合混 合式三大类。
步进电机的基本特点：
n 步进电机受点脉冲信号的控制。每输入以各脉冲信号，就变换 以磁绕组的通电状态，电机就相应的转动以步，因此电机的总 回转角合输入脉冲个数严格成正比关系，电机的转速则正比于 脉冲的输入频率。改变步进电机的定子绕组的通电顺序，可以 获得所需要的转向。改变输入脉冲频率，则可以得到所需要的 转速（但是不能够超出极限频率）。
伺服电机与步进电机比较
伺服电机的优势： 1、实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步 的问题； 2、高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转； 3、抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负 载波动和要求快速起动的场合特别适用； 4、低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进 运行现象。适用于有高速响应要求的场合； 5、电机加减速的动态相响应间短，一般在几十毫秒之内； 6、发热和噪音明显降低。
n 当步进电机脉冲输入停止时，只要维持绕组的激励电流不变， 电机保持在原固定位置上，因此可以获得较高的定位精度，不 需要安装机械制动装置从而达到精确制动。
n 误差不长期积累，转角精度高。由于每转过360°后，转子的累 积误差为零，转角精度较高。
n 反映时间快。 n 缺点：效率低、没有过载能力。
步进电机工作原理图（1）：
直接驱动电机（direct drive:DD） 优点：不用齿轮减速器直接驱动，因此具有无间隙、摩擦小、
机械刚度高等优点，可以实现高速、高精度的位置控制和微小力 控制。
缺点：因为没有减速机构，所以容易受载荷的影响。
种类：直流力矩电机、无刷直流电机、VR式电机等。
这是 什么？
驱动滚轴丝杆
如下图，3相步进电机（1.2°/步）驱动物体运动1秒钟，则必要脉冲数和驱 动脉冲速度的计算方法如下：
3．电机驱动：
n 分类：
n 按照电机的工作原理不同分为步进电机、 直流伺服电机、无刷电机等。
n 按照控制水平的高低来分分为开环控制 系统和闭环控制系统。
n 适用范围：
n 适合于中等负载，特别适合于动作复杂、 运动轨迹严格的各类机器人。
二、对驱动装置的要求
n 驱动装置的质量尽可能要轻。单位质量 的输出功率要高，效率高。
n 电液伺服阀的种类繁多。按液压放大器的级数 可分为单级、两级和三级；按第一级液压放大 器的结构分，有滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀 等。其中以双喷嘴挡板阀为最常用。
3．闭环伺服控制系统（3）：
n 喷嘴挡板阀：
n 结构：主要由三部分构成：力矩马达、前置级 及功率级。前置级接受力矩马达的控制信号， 通过改变喷嘴的大小改变油的流量控制功率阀； 功率阀接受前置级的流量信号控制并相应动作 控制机器人某关节动作。
n 反应速度要快。要求力质量比和力矩转 动惯量比要大。
n 动作平滑，不产生冲击。 n 控制灵活，位移偏差和速度偏差小。 n 安全可靠。 n 操作维修方便等。
三、液压驱动装置
1．实现直线运动的液压缸：
n 主要构成：
n 主要由活塞、 活塞杆、缸体、 缸盖、密封圈、 进出油口等构 成。
n 工作原理：
单活塞杆液压缸结构图：
n 液压驱动的本质优点在于它的安全性。如喷漆时 要求工作区域所带电压不超过9V。
莫
托
曼
机
器
人
搬
运
喷
涂
机
器
人
工业机器人的驱动方式
工业机器人的驱动方式
工业机器人的驱动方式
2．气压驱动：
n 分类：
n 直线气缸，摆动汽缸及旋转气动马达。
n 适用范围：
n 适合于节拍快、负载小且精度要求不高 的场合（因为空气具有可压缩性）。
闭环伺服系统图例（1）：
液压伺服系统原理图
闭环伺服系统图例（2）：
用伺服阀控制液压缸简化原理图
3．闭环伺服控制系统（2）：
n 核心液压元件：
n 在闭环伺服控制系统中，核心液压元件是电液 伺服阀。
n 作用及特点：
n 电液伺服阀是一种接受电气模拟信号，输出相
应调制流量和压力的液压控制阀。
n 分类：
1. 步进电机是一种电脉冲信号转换成机械角位移的机 电执行元件。当有脉冲信号输入时，步进电机就一 步一步的转动，每个输入脉冲对应电机的一个固定 转角，故称为步进电机。步进电机属于同步电机， 多数情况用做伺服电机，且控制简单，工作可靠， 能够得到较高的精度。它是唯一能够以开环结构用 于数控机床的伺服电动机。
1.2驱动传动带
如上图，3相步进电机（1.2°/步）驱动物体运动1秒钟。驱动 轮的周长即旋转一圈移动的距离大约为50[mm]。
因此，所需要的必要脉冲数为
步进电机与单片机的接口
由硬件完成脉冲分配的功能
PMAC运动控制卡
工业机器人的驱动方式
工业机器人的驱动方式
单元控制模式
测试传感器
执行器
信号调理 驱动器
n 特点：能够按照控制要求动作。
n 工作原理：
n 挡板4处于控制喷嘴5中间位置→工作阀芯7不动作→ 力矩马达1通电→挡板4移动→改变喷嘴5口径大小→ 工作阀芯7两端产生压差→阀芯移动
喷嘴挡板阀结构示意图：
力矩马达 前置阀 功率阀
喷嘴挡板阀结构示意图：
四、电机驱动装置的工作原理
1．步进电机：
n 概述：
主要构成：
缸体 定子 转子 叶片
输出轴 进油口 出油口 进油腔a 回油腔b
叶片式液压马达结构图：
6—定子 7—转子 8—叶片
数字液压马达
工业机器人的驱动方式
3．闭环伺服控制系统（1）：
n 工作原理：
n 通常用运算放大器做成的伺服放大器向 液压伺服系统中的电液伺服阀提供一个 电信号。由电信号控制先导阀再控制一 级或两级液压放大器，产生足够的动力 去驱动机器人的机械部件。
超声波电机（一种未来很有希望的电机）
特点： 超声波电机具有体积小， 重量轻，不用制动器，速度和位置控 制灵敏度高，转子惯性小，响应性能 好，没有电磁噪声等普通电机不具备 的优点。
工作原理：当给压电陶瓷施加一 定方向的电压时，各部分产生的 应变方向相反（在正电压作用下， +的部分伸长，-的部分压缩）， +、-部分交替相接。在交流电压 的作用下，压电陶瓷就会沿圆周 方向产生交替的伸缩变形，定子 弹性体的上下运动产生驻波。此 外，由于重叠在一起的两片压电 陶瓷的相位差为90O，所以，在 形成驻波的同时也会在水平方向 形成行波。这样，在驻波和行波 的合成波的作用下，使定子作椭 圆运动轨迹的振动。这样，装在 定子上的转子在摩擦力的作用下 就会产生旋转。同样也有直线运 动的超声波电机。
定子 15°
转子
A相通电
B相通电
15° C相通电
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。
驱动器细分后的主要优点： （1）完全消除了电机的低频振荡。 （2）同时也提高了电机的输出转矩。 （3）提高了电机的分辨率。
3. 运行矩频特性
起动曲线
运行曲线
在这个输出转矩 区间，步进电机 启动时的输入脉 冲频率必须缓慢 增加
4. 步进电机驱动的特点
控制系统简单可靠，成本低；控制精度受步距角限制，高负 载或高速度时易失步，低速运行时会产生步进运行现象。
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。
失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
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的参数之一。通常步进电机在低速时的力矩接 近保持转矩。比如，当说2Nm的步进电机时，在没有特殊说明的情 况下一般是指保持转矩为2Nm的步进电机。
工业机器人的驱动方式
2020/11/11
工业机器人的驱动方式
一、驱动装置的分类
机器人驱动分为液压、气动和电动 三种形式。
1．液压驱动：
n 分类：
n 从运动形式来分分为直线驱动如直线运动液压缸 和旋转驱动如液压马达、摆动液压缸。
n 从控制分为开环控制液压系统和闭环控制液压系 统。
n 适用范围：
n 液压系统具有较大的功率体积比，适合于大负载 的情形。
定位转矩是指电机各相绕组不通电且处于开路状态时，由于混 合式电机转子上有永磁材料产生磁场，从而产生的转矩。一般定位 转矩远小于保持转距。是否存在定位转距是混合式步进电机区别于 反应式步进电机的重要标志。 DETENT TORQUE 在国内没有统一 的翻译。
细分驱动器的原理 通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角
制，即便是超大载荷，依然可以单手指操控，避免装备失控。
3、简单的设计、使用及维护性。
工业机器人的驱动方式
2．实现回转运动的液压马达：
n 液压马达是将液压能转换为机械 能的装置。从构成来看，液压马 达分为齿轮式、叶片式以及轴向 柱塞式。
叶片式液压马 达工作原理图：
工作流程：
压力油进入油腔a—作用在 叶片2的右侧、叶片1的左 侧—叶片2伸出面积大—推 力大—推动叶片顺时针旋 转—转至b腔回油—带动中 心轴回转—液压能转变为机 械能。
1.3、无损失远程控制执行。可通过网络等远程进行系统的操控。
1.4、运动特性完全数字化。速度、行程与电脉冲有直接的对应关系，
2、优秀的生存力
2.1、高电磁兼容性
2.1.1、高抗干扰。由于传输采用数字脉冲功率信号可控性好。
2.1.2、低电磁辐射。
2.2、抗大加速度冲击振动。由于数字液压器件不采用线性电磁铁作为控制核心，因
2. 步进电机按其励磁相数可分为三相、四相、五相、 六相等；按其工作原理可分为反应式、永磁式合混 合式三大类。
步进电机的基本特点：
n 步进电机受点脉冲信号的控制。每输入以各脉冲信号，就变换 以磁绕组的通电状态，电机就相应的转动以步，因此电机的总 回转角合输入脉冲个数严格成正比关系，电机的转速则正比于 脉冲的输入频率。改变步进电机的定子绕组的通电顺序，可以 获得所需要的转向。改变输入脉冲频率，则可以得到所需要的 转速（但是不能够超出极限频率）。
伺服电机与步进电机比较
伺服电机的优势： 1、实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步 的问题； 2、高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转； 3、抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负 载波动和要求快速起动的场合特别适用； 4、低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进 运行现象。适用于有高速响应要求的场合； 5、电机加减速的动态相响应间短，一般在几十毫秒之内； 6、发热和噪音明显降低。
n 当步进电机脉冲输入停止时，只要维持绕组的激励电流不变， 电机保持在原固定位置上，因此可以获得较高的定位精度，不 需要安装机械制动装置从而达到精确制动。
n 误差不长期积累，转角精度高。由于每转过360°后，转子的累 积误差为零，转角精度较高。
n 反映时间快。 n 缺点：效率低、没有过载能力。
步进电机工作原理图（1）：
直接驱动电机（direct drive:DD） 优点：不用齿轮减速器直接驱动，因此具有无间隙、摩擦小、
机械刚度高等优点，可以实现高速、高精度的位置控制和微小力 控制。
缺点：因为没有减速机构，所以容易受载荷的影响。
种类：直流力矩电机、无刷直流电机、VR式电机等。
这是 什么？
驱动滚轴丝杆
如下图，3相步进电机（1.2°/步）驱动物体运动1秒钟，则必要脉冲数和驱 动脉冲速度的计算方法如下：
3．电机驱动：
n 分类：
n 按照电机的工作原理不同分为步进电机、 直流伺服电机、无刷电机等。
n 按照控制水平的高低来分分为开环控制 系统和闭环控制系统。
n 适用范围：
n 适合于中等负载，特别适合于动作复杂、 运动轨迹严格的各类机器人。
二、对驱动装置的要求
n 驱动装置的质量尽可能要轻。单位质量 的输出功率要高，效率高。
n 电液伺服阀的种类繁多。按液压放大器的级数 可分为单级、两级和三级；按第一级液压放大 器的结构分，有滑阀、喷嘴挡板阀、射流管阀 等。其中以双喷嘴挡板阀为最常用。
3．闭环伺服控制系统（3）：
n 喷嘴挡板阀：
n 结构：主要由三部分构成：力矩马达、前置级 及功率级。前置级接受力矩马达的控制信号， 通过改变喷嘴的大小改变油的流量控制功率阀； 功率阀接受前置级的流量信号控制并相应动作 控制机器人某关节动作。
n 反应速度要快。要求力质量比和力矩转 动惯量比要大。
n 动作平滑，不产生冲击。 n 控制灵活，位移偏差和速度偏差小。 n 安全可靠。 n 操作维修方便等。
三、液压驱动装置
1．实现直线运动的液压缸：
n 主要构成：
n 主要由活塞、 活塞杆、缸体、 缸盖、密封圈、 进出油口等构 成。
n 工作原理：
单活塞杆液压缸结构图：
n 液压驱动的本质优点在于它的安全性。如喷漆时 要求工作区域所带电压不超过9V。
莫
托
曼
机
器
人
搬
运
喷
涂
机
器
人
工业机器人的驱动方式
工业机器人的驱动方式
工业机器人的驱动方式
2．气压驱动：
n 分类：
n 直线气缸，摆动汽缸及旋转气动马达。
n 适用范围：
n 适合于节拍快、负载小且精度要求不高 的场合（因为空气具有可压缩性）。
闭环伺服系统图例（1）：
液压伺服系统原理图
闭环伺服系统图例（2）：
用伺服阀控制液压缸简化原理图
3．闭环伺服控制系统（2）：
n 核心液压元件：
n 在闭环伺服控制系统中，核心液压元件是电液 伺服阀。
n 作用及特点：
n 电液伺服阀是一种接受电气模拟信号，输出相
应调制流量和压力的液压控制阀。
n 分类：
1. 步进电机是一种电脉冲信号转换成机械角位移的机 电执行元件。当有脉冲信号输入时，步进电机就一 步一步的转动，每个输入脉冲对应电机的一个固定 转角，故称为步进电机。步进电机属于同步电机， 多数情况用做伺服电机，且控制简单，工作可靠， 能够得到较高的精度。它是唯一能够以开环结构用 于数控机床的伺服电动机。
1.2驱动传动带
如上图，3相步进电机（1.2°/步）驱动物体运动1秒钟。驱动 轮的周长即旋转一圈移动的距离大约为50[mm]。
因此，所需要的必要脉冲数为
步进电机与单片机的接口
由硬件完成脉冲分配的功能
PMAC运动控制卡
工业机器人的驱动方式
工业机器人的驱动方式
单元控制模式
测试传感器
执行器
信号调理 驱动器
n 特点：能够按照控制要求动作。
n 工作原理：
n 挡板4处于控制喷嘴5中间位置→工作阀芯7不动作→ 力矩马达1通电→挡板4移动→改变喷嘴5口径大小→ 工作阀芯7两端产生压差→阀芯移动
喷嘴挡板阀结构示意图：
力矩马达 前置阀 功率阀
喷嘴挡板阀结构示意图：
四、电机驱动装置的工作原理
1．步进电机：
n 概述：
主要构成：
缸体 定子 转子 叶片
输出轴 进油口 出油口 进油腔a 回油腔b
叶片式液压马达结构图：
6—定子 7—转子 8—叶片
数字液压马达
工业机器人的驱动方式
3．闭环伺服控制系统（1）：
n 工作原理：
n 通常用运算放大器做成的伺服放大器向 液压伺服系统中的电液伺服阀提供一个 电信号。由电信号控制先导阀再控制一 级或两级液压放大器，产生足够的动力 去驱动机器人的机械部件。
超声波电机（一种未来很有希望的电机）
特点： 超声波电机具有体积小， 重量轻，不用制动器，速度和位置控 制灵敏度高，转子惯性小，响应性能 好，没有电磁噪声等普通电机不具备 的优点。
工作原理：当给压电陶瓷施加一 定方向的电压时，各部分产生的 应变方向相反（在正电压作用下， +的部分伸长，-的部分压缩）， +、-部分交替相接。在交流电压 的作用下，压电陶瓷就会沿圆周 方向产生交替的伸缩变形，定子 弹性体的上下运动产生驻波。此 外，由于重叠在一起的两片压电 陶瓷的相位差为90O，所以，在 形成驻波的同时也会在水平方向 形成行波。这样，在驻波和行波 的合成波的作用下，使定子作椭 圆运动轨迹的振动。这样，装在 定子上的转子在摩擦力的作用下 就会产生旋转。同样也有直线运 动的超声波电机。
定子 15°
转子
A相通电
B相通电
15° C相通电
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。