典型工业机器人驱动器分析及设计研究

2015届毕业生毕业设计说明书题目:典型工业机器人驱动器分析及设计研究院系名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：教授2015年5月20日I目录1绪论............................................................................................................................11.1研究背景...............................................................................................................11.2研究意义...............................................................................................................31.3工业机器人驱动器的发展...................................................................................31.3.1工业机器人驱动器的历史及现状....................................................................31.3.2工业机器人驱动器未来发展的方向................................................................42工业机器人驱动系统设计分析..............................................................................62.1工业机器人的组成结构.......................................................................................62.2工业机器人的驱动类型.......................................................................................62.2.1驱动系统的分类................................................................................................62.2.2各驱动系统的特点............................................................................................72.3电动机特性分析...................................................................................................93工业机器人驱动器设计实例分析........................................................................123.1工业机器人IRBL6/2驱动器分析...................................................................123.2工业机器人M2000驱动器分析.......................................................................174工业机器人驱动器设计研究................................................................................224.1系统硬件总体方案................................................................................................224.2主控芯片介绍........................................................................................................224.3dsPIC外围电路设计.............................................................................................244.3.1电流检测电路.....................................................................................................244.3.2转子位置检测电路.............................................................................................254.3.3过压保护电路及制动电路.................................................................................264.3.4浪涌保护电路.....................................................................................................274.4开关电源电路设计................................................................................................274.5智能功率模块电路设计........................................................................................28结论..........................................................................................................................30致谢..........................................................................................................................32参考文献................................................................................................................3311绪论1.1研究背景工业机器人是一种可以自行执行任务的装置，依靠自己本身的驱动力和控制力来代替人完成各种工作的机器。它可以执行人的命令，也可以根据初始编译的程序执行任务，随着科技的发展,现代的技术使机器人可以自己行动,但是还是需要遵循所设定的人工智能技术的规则。在工业生产中,有很多重复性高、耗费体力、危险性高的工作，如果由人类完成这样的工作，那么会效率十分的低。在实际操作中,这样的工作都是由机器人来完成的，比如在热处理、焊接、塑料制品成形等工作环境较恶劣和压力铸造、装配等简单重复性工作，以及搬运核原料等高危险性工作。各种各样不同用途的工业机器人相继发布，许多以前只存在于假设中的想法已经变成现实。工业机器人有两个很适用于工业生产的性质,那就是通用性和适应性，工业机器人可以适应多品种、小批量的生产，从七十年代开始，工业机器人就和数字机床相结合，成为柔性制造中重要的的组成部分。同时工业机器人具有精密的操作性,被广泛的用于一些对精密性要求很高的行业,比如精密仪器的加工、核工程以及医疗行业等等。工业机器人自动化生产线如图1.1所示。图1.1工业机器人自动化生产线谈到工业机器人的发展就不得不提到日本。日本工业机器人的普及领先世界上大部分国家,在上世纪九十年代就使用了许多工业机器人进行工业生产，与此同时达到了工业机器人发展的巅峰,从国家层面上看,日本政府很重视机器人的发展,这个从我们小时候看的动漫上就可以看的出来,比如铁臂阿童木,铁胆火车侠,2铁甲小宝等。而如今也在第发展三类工业机器人的路上取得了很棒的成就。据研究表明,国外对工业机器人发展重点有以下三点：仿生机器人与新型机构,机器人的定位与地图创建,机器人-环境交互。在工业机器人基础方面的研究上,我国也下了很大的功夫,我国依托各大学和研究所研究了许多学科,执行机构上包括机器人运动学、机器人动力学、机器人构型等，机器人控制机构上包括机器人编程语言、机器人运动控制算法等学科，传感器方面包括机器人传感器研究，多传感器控制系统的研究等，工业机器人的重要技术我国基本上全部可以独立自主的生产研发。在工业机器人控制系统上，中国已经研发出了多处理器和机器人分层控制系统，很多系统已经投入生产使用，而且中国在大型机方面的技术国际领先,主控机也在不断的更新换代。下图为机器人焊接工作站。机器人焊接工作站如图1.2所示。图1.2机器人焊接工作站中国制造业面临着向高端转变，承接国际先进制造的巨大挑战。中国想要抓住这个历史机遇,必须加快工业机器人技术的研究开发与生产。因此,我国需要继续发展工业机器人,不断地提高生产效率和产品质量。首先,我国是一个制造大国,我们的目标是成为制造强国，无疑,大力发展工业机器人生产是实现这一目标的有力手段。政府为了实现这一目标,需要对工业机器人产业有更多的政策支持，我国不单单要学习国外的经验，而且要吸取国外发展工业机器人的相关教训,未雨绸缪；第二，在国家制定大型科研计划中，应该对工业机器人研究相关项目给3予更多的支持，打破工业机器人和自动化生产设备不相协调的局面；第三，在国产工业机器人质量已经与国外相当的前提下，企业应该优先国内采购,打破外国和尚好念经的局面,尽量自给自足。1.2研究意义工业机器人未来发展的方向是朝着智能仿生化方向发展，随着材料工程与科学、自动控制系统等学科不断发展，实验室实际操作经验不断的积累，工业机器人适用的场合正在不断的增加。伴随互联网、物联网工程、工业4.0等概念不断地深入人心，精密型具有分布式控制系统的工业机器人的适用行业正在不断的增加，不知不觉不断地在改变传统制造业，使传统制造业逐步由生产型行业向着服务型行业转变。日益增长的工业机器人市场吸引着许多世界工业机器人生产厂家的目光。目前，我国进口工业机器人主要源自日本，但是随着国内具有工业机器人相关技术自有知识产权的企业不断增加，越来越多的工业机器人将由中国制造。1.3工业机器人驱动器的发展1.3.1工业机器人驱动器的历史及现状工业机器人驱动器的发展与伺服电动机的不同发展阶段密切相关，从直流电机的发明到现在已经有一百多年的历史。最早发明的电动机是直流电机，但是它的发展却是十分的缓慢，这是由于在当时相关电力电子元器件达不到实际的使用要求，但是到了二十世纪六十年代以后，随着半导体以及材料工程的发展，直流电动机得到迅速的发展，并在当时成为了随动系统中十分重要的驱动设备。其实在直流电机发展起来之前呢，运用最广泛的是步进电机，当时磁阻式步进电机在数控机床设备中运用的最为广泛，当时的控制系统还是十分落后的，多为开环控制。但是在现代，随着科技的发展，使用最多控制方式是闭环控制，而且随着方波、正弦波驱动的各种新型永磁同步电动