移动机械臂论文1.doc

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1、2电动驱动系统的分析及选用现代工业机器人的技术发展趋势之一是米用电动驱动系统。因为电动驱动系统具有电能容易获得、导线传导方便、清洁无污染，并且驱动电机与它的控制系统具有相同的工作物理量，衔接、变换快捷方便；加之适合作工业机器人驱动用的电机甜种口益増多，性能不断提高，所以负荷10007以内的屮、小型机器人，现已绝大部分采用了电动驱动系统。2・1电动驱动系统的组成电动驱动系统的主要组成部分有：位置比较（控制）器，速度比较（控制）器，信号和功率放大器，驱动电机，减速器，以及构成闭环伺服驱动系统不可缺少的位置和速度检测（反馈）部分，如图2-1所示：对于采用步进电机的驱动系统，则没有反

2、馈环节,构成的是开环系统。■■位置检测元件图2-1电动驱动系统示意图2・2工业机器人常用驱动电机的特点和应用范围工业机器人常用驱动电机分为三大类：直流伺服电机，交流伺服电机，步进电机。直流伺服电机的控制电路比较简单，系统价格也较低廉，但电机电刷有磨损，需定吋调整及更换，既麻烦又影响性能，电刷还能产生火花，易引起可燃物质（如漆雾、粉尘等）的爆炸，有时不够安全。交流伺服电机结构较简单，无电刷，运行安全可靠，但控制电路较复杂，系统价格较高。步进电机是以电脉冲使其转子产生转角，控制电路较简单，也不需要检测反馈环节，因此价格低，但步进电机的功率不大，不适用于大负荷的机器人。下表为工业机

3、器人用的各种驱动电机的特点及其应用范围。表I丁•业机器人常用驱动电机的特点及其应用范围电机种类结构特点性能特点应用范围小惯量永磁直流伺服电机转子细而长，无齿槽，转子绕组粘贴在电枢表面上惯最小，响应速度快，转速快，低速性能好，调速范用宽；输出力矩小，负荷惯量改变吋，系统刚性较差适于对快速响应要求高而负荷乂不大的场合，如小型冲床的上下料机器人等人惯量永磁貞流伺服电机（力矩电机）转子直径大，轴向尺寸短，电机呈扁平形惯最大，输出力矩人且波动小，转矩低，可在堵转下工作；人规格电机转速很慢，其至可不用减速器而山接驱动适于要求驱动力矩大、速度不高、轴向空间很紧、响应要求不太严的场合，如搬运

4、、码垛机器人等印刷绕组永磁直流伺服电机电枢由薄片型绕组及片间绝缘片證装而成，无铁心，结构紧凑，轴向尺寸小惯最小，快速响应性能好，低速和换向性能好，调速范围宽；可频繁启、制动、正反转工作；在高温高速下有一定过载能力适于频繁启、制动、正反转的搬运、装配等机器人同步式交流伺服电机转子由永磁体构成，定子由三相绕组组成，转子直径较细，无电刷转子转速与定子绕组的旋转磁场同步；从低速到高速，绕组都可通大电流，所以启、制动对输出力矩影响不大；可频繁启、停；过载能力、力矩惯量比、定位精度都比直流伺服电机优越适于驱动犬、中、小负荷的备类机器人步进电机（反应式或混合式）以永磁体形成转子磁场，定子由

5、三相绕组组成；转子-•般较细，功率不大以电脉冲驱动转子转动，输入的脉冲数决定转角值，脉冲频率决定转速；定位精度取决于步距角的人小，步距角越小，精度越高适于负荷不大的开环驱动系统，如平面关节型装配机器人、小型关节式喷漆机器人等工业机器人驱动电机功率的选择要考虑两方面的因素：一•是在最高速度、最人负荷条件下所需的动力，二是在规定吋间内能使负荷加、减速至规定值所需的动力，通常更多的是根据后者来选定。综合以上分析，考虑到小型喷漆机器人的负荷以及安全防爆等方面因素，在这次设计小选用了步进电机。3步进电机3.1步进电动机的基本结构60年代末开始生产，70年代初发展起来的混合式步进电动机，

6、主要是二相（四相）八极结构，最典型的转子齿数是Zr=50,如图3-1所示。整步方式工作吋每转步数N=200,即步距角9b=l.8°o图3-1二相混合式步进电动机典型结构示意图70年代屮期提出的五和混合式步进电动机，与上述二相电动机相比，结构上没有原则的区别，主要是增加了相数，定于一般为10个极•最典型的转于齿数仍为乙=50,整步方式运行时，每转步数为Nl=500,或步距角（）b=0.72°o比起二相电机来运行特性显著提高，主要的好处在于：①分辨率提高。②起动一停止频率提高。③运行频域增宽。④振荡的趋势减弱，噪声下降，运行平稳性增加。③定位转矩减小。它的不足是功率驱动电路相应增

7、加了相数，因而提高了成本。3.2步进电动机系统的构成步进电动机不同于通用的交、直流电动机，它必须与驱动器、控制器（或称脉冲发生器）、直流电源组成系统方能运行。系统功能示意图如图3-2所示。在实际系统屮，步进电动机和驱动器是两个不可分割的组成部分，故应用小所说的步进电动机均指步进电动机和驱动器的成套装置。控制器可由配套整机系统屮计算机或单片机提供，直流电源亦可由配套整机系统屮其它电源提供。因此，在选择步进电动机的吋候，应考虑和驱动器配套选择，本次设计屮不涉及到步进电动机的驱动电路，所以只考虑了单独的步进电