机器人驱动系统

第4章机器人驱动系统1.驱动方式2.伺服系统3.传动机构一、驱动方式液压气压电动功率/质量比大小较大综合功率20-30%10%60-70%控制性能精度较高反应灵敏精度较低低速不易控制精度高系统较复杂维护与应用方便对油温要求高方便对气压要求高方便对环境影响漏油噪声基本没有投资/运行成本较高/高低/低高/较低应用范围低速、重型快速、小型通用电动：伺服电机、步进电机、直线电机等二、伺服系统1.对伺服系统的基本要求1)位置精度和调速范围K1/SPgPoωminωmax放大环节积分环节非线性环节速度/位置反馈比较环节为了保证位置精度必须采用位置反馈系统，且位置检测元件应具有足够高的精度。ωmax：电机的最高转速ωmin：电机的最低转速（机械摩擦力矩等所致）K：系统放大系数ω=Kδfδ：脉冲当量rpm/Hzf：指令脉冲频率Hz转速比：D=ωmax/ωmin=ωmax/Kδfminωmin↓→D↑；δ↓→速度分辨率2)系统静差率希望控制系统的刚性好（抗干扰性），即静差率S要小。S=Δω/MΔω：角速度波动量（力矩从0→额定力矩）M：干扰力矩幅值对于Mf干扰，所引起的速度波动：Δω(S)=Mf(S)/(Js+Gr(S))若Δω(∞)=0，则Gr(0)=∞3)速度误差宏观速度有要求，微观速度要求不高。运动控制仅保证：t1=t2=……tn=li/vdl/dt≠v速度偏差最大：10%以上4)系统的响应性避免超调量，避免引起定位误差希望系统的阻尼比适当大一些l1l2LlnA→B直线运动：速度：vAB2.伺服系统的构成：1)模拟伺服驱动系统偏差计数器D/A速度控制器电流控制器开关型放大器PWMMPGTGPg电流环速度环位置环2)数字伺服驱动系统位控芯片D/A电流调节器开关型放大器PWMMPG指令电流环位置/速度环采用数字式伺服驱动系统的优点：①提高控制精度速度精度：0.1%→0.01%；扭矩精度：5%→0.5%②提高控制性能响应速度↑；动态特性↑；控制品质↑③提高系统集成度，减小硬件开销机器人传动系统的要求：1）质量轻，功率/质量比大，效率高2）响应速度快，动态特性好3）动作平滑，无冲击4）控制灵活，位移偏差和速度偏差小5）安全可靠6）操作和维护方便7）对环境无污染，噪声小8）经济合理，体积小3.机器人传动系统选择：电机：传统直流伺服电机→直流无刷电机→交流无刷电机传统直流电机与无刷电机的区别：传统直流电机：定子为永磁材料或者直流励磁转子由电枢电压驱动，机械换向无刷电机：转子为永磁材料定子由电枢电压驱动，电子换向减速机：1）间隙小，传动精度高2）运动平稳，传动效率高3）体积小，重量轻，扭矩大涡轮蜗杆→谐波减速机→RV减速机