工业机器人对关节驱动电机的要求
五自由度工业机器人说明书
人人小站/314design1 绪论1.1 工业机器人简介]1[早在20世纪初，随着机床、汽车等制造业的发展就出现了机械手。
1913年美国福特汽车工业公司安装了第一条汽车零件加工自动线，为了解决自动线、自动机的上下料与工件的传送，采用了专用机械手代替人工上下料及传送工件。
可见专用机械手就是作为自动机、自动线的附属装置出现的。
“工业机器人”这种自动化装置出现的比较晚。
但是自从世界上第一台工业机器人问世之后，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔，甚至进入寻常百姓家。
机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。
本课题所指的工业机器人，或称机器人操作臂、机器人臂、机械手等。
从外形来看，它和人的手臂相似，是由一系列刚性连杆通过一系列柔性关节交替连接而成的开式链。
这些连杆就像人的骨架，分别类似于胸，上臂和下臂，工业机器人的关节相当于人的肩关节、肘关节和腕关节。
操作臂的前端装有末端执行器或相应的工具，也常称为手或手爪。
手爪是由两个或多个手指所组成，手指可以“开”与“合”，实现抓去动作和细微操作。
手臂的动作幅度一般较大，通常实现宏观操作。
工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。
大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；圆柱坐标型工业机器人示意图控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。
在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。
机器人的驱动与控制
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。
工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求
工业机器人常用电机驱动系统的分类与要求随着科技发展的进步，工业机器人已经成为工业生产中不可或缺的一部分。
而工业机器人的运动主要依靠电机驱动系统来实现。
电机驱动系统的分类与要求对于工业机器人的运动性能和控制精度至关重要。
本文将对工业机器人常用的电机驱动系统进行分类与要求的介绍。
根据电机驱动系统所采用的控制方式的不同，可以将工业机器人的电机驱动系统分为直接驱动系统和间接驱动系统两种类型。
直接驱动系统是指电机直接连接到机器人的联轴器或关节，通过电机的转动直接驱动机械臂进行运动。
直接驱动系统具有结构简单、动态响应快、功率传递效率高等优点。
常用的直接驱动系统电机包括直流无刷电机、交流无刷电机和步进电机。
直流无刷电机是直接驱动系统中常用的一种电机类型。
它采用电子换向技术代替了传统的机械换向，具有结构简单、噪音低、转矩稳定等优点。
直流无刷电机在工业机器人中主要用于关节驱动，要求具备较高的控制精度和动态响应能力。
交流无刷电机是一种结构简单、功率密度高的电机，广泛应用于工业机器人的关节驱动系统中。
它具有高速高效、转矩平稳等优点，可以用于实现机械臂的快速准确的运动。
步进电机是一种以固定角度或步距旋转的电机，它具有定位精度高、控制简单、结构简洁等特点。
步进电机常用于需要较高定位精度的工业机器人应用中，如精密装配、液晶面板制造等领域。
间接驱动系统是指电机通过一系列的传动装置（如减速器、传动带等）驱动机械臂的运动。
这种驱动系统可以通过不同的传动机构来实现不同的运动轨迹和速度。
减速器是间接驱动系统中最常用的传动装置。
它可以将电机的高速低扭力输出转换为机械臂所需的低速高扭力输出，从而实现机械臂的精准控制。
减速器的种类繁多，如行星减速器、圆柱齿轮减速器等，不同的减速器适用于不同的机器人应用场景。
除了直接驱动系统和间接驱动系统的分类外，工业机器人的电机驱动系统在实际应用中还有一些共同的要求。
首先是控制精度要求。
工业机器人的控制精度直接关系到其工作的准确性和稳定性。
工业机器人电动驱动系统
工业机器人电动驱动系统工业机器人在现代制造业中起着至关重要的作用。
为了满足不断增长的需求，机器人技术也在不断发展和进步。
其中，电动驱动系统是工业机器人的关键组成部分之一。
本文将重点介绍工业机器人电动驱动系统的原理和应用。
一、电动驱动系统的概述电动驱动系统是工业机器人实现运动和执行任务的核心技术。
其由多个部件组成，包括电机、传感器、控制器、减速器等。
电机通过接收控制器发送的信号，转化为机械能，推动机器人实现各种运动。
传感器用于感知环境变化，提供反馈信号，使机器人能够根据周围环境做出相应的动作调整。
减速器则起到减速增力的作用，提高机器人的运动精度和稳定性。
二、电动驱动系统的工作原理1. 电机控制工业机器人电动驱动系统中常使用的电机有直流电机和交流电机。
电机的转速和转矩可通过调整电机的电流和电压来控制。
控制器通过接收来自机器人控制系统的指令来调整电机的电流和电压，从而实现机器人的精确控制。
2. 传感器反馈传感器的作用是实时感知机器人周围环境的变化，并将反馈信号传输给控制器。
常用的传感器有位置传感器、压力传感器、力传感器等。
通过分析传感器的反馈信号，控制器可以及时调整电机的控制参数，实现机器人的闭环控制。
3. 减速器作用减速器主要用于改变电机的转速和转矩，提供足够的力矩输出。
在机器人的关节部位，通常使用减速器来使机械手臂能够更加精确地移动和定位。
减速器能够减小电机输出的转速，同时增大输出的力矩，从而提高机器人的运动控制性能。
三、电动驱动系统的应用工业机器人电动驱动系统广泛应用于各个制造行业。
以下是一些典型的应用领域：1. 汽车制造在汽车制造业中，工业机器人常被用于焊接、喷涂、装配等工序。
电动驱动系统能够使机械手臂具备高速、高精度、高稳定性的运动特性，从而提高生产效率和质量。
2. 电子制造在电子制造业中，机器人常用于半导体芯片的制造和组装。
电动驱动系统使机器人能够实现准确的定位和精细的操作，从而提高产能和生产质量。
机器人概论
机器人概论㈠选择填空题第一章1.1886年，法国作家利尔亚当在他的小说《未来夏娃》中，将外表像人的机器起名为“安德罗丁”。
2.科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：机器人不应伤害人类；机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。
3.机器人按坐标形式分为：直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人、关节坐标型机器人。
4.我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。
5.机器人产品最早的实用机型是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。
6.机器人的结构通常由四大部分组成，即执行机构、驱动系统、控制系统和智能系统。
7.机器人智能系统由两部分组成：感知系统和分析-决策智能系统。
第三章1.机器人机械结构包含手臂、手腕、手爪和行走机构等部分。
2.用在工业上的机器人的手一般称为末端操作器。
（选择）3.机器人的末端操作器可以分为：夹钳式取料手、吸附式取料手、专用操作器及转换器、仿生多指灵巧手。
4.V形指适用于夹持圆柱形工件；平面指用于夹持方形工件（具有两个平行平面）、方形板或细小棒料；尖指和长指一般用于夹持小型或柔性工件，尖指用于夹持位于狭窄工作场地的细小工件，长指用于夹持炽热的工件；特形指用于夹持形状不规则的工件。
（选择）5.吸附式取料手可分为气吸附和磁吸附两种。
气吸附式取料手按形成压力差的方法，可分为真空吸附、气流负压吸附、挤压排气负压吸附等。
6.机器人手腕具有翻转、俯仰和偏转三个自由度。
7.看书上的图（选择）手臂直线运动机构P54图3-29 手臂回转运动机构P54 图3-30手臂俯仰运动机构 P55 图3-31 手臂复合运动机构 P55 图3-328.行走机构按其运动轨迹，可分为固定轨迹式和无固定轨迹式。
9.固定轨迹式行走机器人的机身设计成横梁式。
工业机器人技术与应用练习题库与答案
工业机器人技术与应用练习题库与答案一、单选题（共100题，每题1分，共100分）1、6维力与力矩传感器主要用于（）。
A、精密计算B、精密测量C、精密加工D、精密装配正确答案：D2、S7-300 PLC中WORD （字）是16位（）符号数， INT （整数）是16位（）符号数。
A、无、无B、无、有C、有、无D、有、有正确答案：B3、雷诺数Re的物理意义可理解为（）。
A、惯性力与粘性力之比B、重力与惯性力之比C、压力与粘性力之比D、粘性力与重力之比正确答案：A4、S7-300的一个机架上最多只能安装（）信号模块或功能模块。
A、6个B、9个C、8个D、10个正确答案：C5、下面给出的量中，不属于电工测量对象的是（）。
A、频率B、电功率C、流量D、磁通量正确答案：C6、（）反映传感器输出信号与输人信号之间的线性程度。
A、线性度B、精度C、分辨性D、灵敏度正确答案：A7、机器视觉系统在装配生产线中,一般用作工件装配前的尺寸在线检测工作,视觉系统主要由视觉控制器、（）镜头、相机电缆等组成。
A、彩色相机B、普通相机C、LED 光源D、光源电源正确答案：C8、下列工业机器人手腕关节结构中，具有最少自由度的是（）。
A、BBRB、BBBC、BRRD、RRR正确答案：B9、以下哪种位移传感器属于模拟式式？（）。
A、感应同步器式B、光栅式C、磁栅式D、超声波式正确答案：D10、机器人按照应用类型可分为三类，以下哪种属于错误分类（）。
A、智能机器人B、极限作业机器人C、娱乐机器人D、工业机器人正确答案：A11、连续轨迹控制方式（CP）的主要技术指标是：（）。
A、定位精度和运动时间B、位姿轨迹跟踪精度和平稳性C、位姿轨迹和平稳性D、位姿轨迹跟踪精度和运动时间正确答案：B12、十六进制的F变为十进制是（）。
A、31B、15C、29D、32正确答案：B13、系统输入信号中，启动运行信号为（）。
A、StartatMainB、StartatMainC、MotorOnD、Start正确答案：D14、热继电器在电动机控制线路中不能作（）。
工业机器人技术 工业机器人的伺服系统
p
1
2
3
4
5
6
n(r/min) 3000 1500 1000 750 600 500
2. 旋转方向
由上面2种连接方式分析看出：转子的旋转方向 取决于定子绕组的相序，任意对调两根电源线，定 子绕组的相序发生变化，转子旋转方向反转。
知识准备
三、交流伺服电机的结构
（一） 电机结构
1. 检测元件：有旋转变压器、SFD换向 编码器、绝对正弦 编码器等形式。 2. 制动装置（选装）。 3. 压铸铝端盖。 4. 可旋转金属连接器。 5. 壳体。 6. 钕铁硼磁铁。 7. 安装孔。 8. 氟橡胶轴封。 9. 输出轴：可选轴输出、孔输出、齿轮 输出等结构形式。 10. 轴承卡簧：限制轴承外圈的轴向位 置。
知识准备
二、交流永磁同步电机工作原理
（三）转速和旋转方向
1.转速
交流永磁同步电机转子的转速等 于旋转磁场的转速：
n 60 f (rpm) sp
式中：f——电源频率； p——定子磁极对数。
即：磁场的转速与电源频率成正比， 与定子的磁极对数成反比。
对于f=50三相交流电，不同磁极对数的转子转速如下：
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）能够适应苛刻的运行条件。
能够进行频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内过 载。
知识准备
一、伺服系统概述
2. 机器人伺服电机控制原理
电机伺服系统的结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位 置环。
PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中 常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。 PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加 超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
机器人控制.答案
主从机器人图例：
3．信号传递：
如图：传递的信 号有：
Tm-操作者施加 给主人的外力； Fs-从人对被操作 对象的作用力； Fm-主人承受的 力； Mm， Ms-分别代 表主人和从人的 运动。
4． Mm – Fs型主从遥控系统工作原理：
异构型斯坦福主人
直流电机的特点： 调速范围广，输出转速随控制电压变化，能在宽广的范围内 连续调节；转子惯量小，启动、停止迅速；控制功率小，过 载能力强；力矩-速度特性是线性的。 控制系统的建模： 机器人是耦合的非线性动力学系统。 直流伺服电机的转矩不大，需要引入加减速器，速比往往接 近100，使得负载的变化折算到电机轴上后变得很小，可以将 电机轴的输出负载看成是定常系统； 关节之间的耦合作用，也因减速器的存在而极大地削弱。 工业机器人的运动速度不高，由速度引起的非线性作用可忽 略。 工业机器人系统就变成一个由多关节组成的各自独立的线性 系统。
特点：
以广义力为基础的力控制图例：
主环：以力控制为主。
Qc-机器人手部的输出力 Pc-操作对象的位移
2．力控制原理（3）：
位置和力的混合控制：
有两个独立的闭环来分别实施力和位 置控制。
位置和力的混合控制图例：
3．建立柔顺控制系统（1）：
问题引入： 在机器人力控制中， 哪些关节应处于力控 制，哪些关节应做位 置控制，取决于机器 人类型和作业情况。
连续轨迹控制
2．工业机器人属半闭环系统：
机器人的手部的运动是所有关节运动 的合成运动 ：
每轴的运动都影响机器人末端的位置和姿 态。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工业机器人对关节驱动电机的要求
机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。
对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。
特别是像机器人末端执行器(手爪)应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。
这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。
一、机器人对关节驱动电机的主要要求
1、快速性
电动机从获得指令信号到完成指令所要求的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，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。
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的起动转矩大，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。
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、能经受得起苛刻的运行条件
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。
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。