机器人伺服驱动.
机器人视觉伺服系统
机器人视觉伺服系统主要由图像采集设备、图像处理单元、目标识别与定位模块 、伺服控制器和机器人执行机构等部分组成。
02
视觉伺服系统的关键技术
图像获取
相机选择
根据应用需求选择合适的相机类 型，如CCD或CMOS，以及相应 的分辨率。
照明条件
确保足够的照明以获得清晰、对 比度高的图像，并考虑使用红外 或紫外光谱的特殊照明。
图像处理
预处理
包括噪声去除、对比度增强和图像缩放等，以提高图像质量 。
特征提取
利用算法检测和提取图像中的关键特征，如边缘、角点或纹 理。
目标识别与跟踪
目标检测
利用模式识别和机器学习技术检测图像中的目标物体。
目标跟踪
连续帧间跟踪目标，处理目标运动、遮挡等问题。
姿态估计与控制
姿态估计
通过分析图像特征和相机参数，计算 机器人与目标之间的相对姿态。
拓展应用领域
将机器人视觉伺服系统应用到更多领域，如 医疗、农业、工业等。
未来趋势
深度学习技术
利用深度学习技术提高机器人视觉伺 服系统的识别和分类能力。
多模态融合
将图像信息与其他传感器信息融合， 提高机器人视觉伺服系统的感知能力 。
强化学习
利用强化学习技术训练机器人视觉伺 服系统，使其能够自主适应不同环境 和任务。
特点
具有高精度、高速度和高可靠性的特 点，能够实现快速、准确的视觉伺服 控制，提高机器人作业的自动化和智 能化水平。
工作原理
工作流程
图像采集
机器人视觉伺服系统的工作流程主要包括 图像采集、图像处理、目标识别与定位、 伺服控制等步骤。
通过相机等图像采集设备获取目标物体的 图像。
图像处理
工业机器人交流伺服驱动控制系统硬件的设计
工业机器人交流伺服驱动控制系统硬件的设计由E讯网提供摘要：从二十世纪七十年代起至今，我国的工业机器人数量已经比较庞大，在机器人的某些技术方面也达到了世界先进水平，但总体来说，西方发达国家的工业机器人技术仍领先我国很多年。
究其原因不难发现：我国研究工业机器人采取的方法主要是首先引进外国的先进技术，然后再对其进行二次开发，这就造成了我国自身创新技术比较少，严重制约了我国工业机器人产业化的发展。
关键字：交流伺服驱动系统；DSP为打破国外对我国工业机器人的技术垄断，我们必须自力更生，掌握高性能工业机器人的关键技术，并在原来的基础上有所创新。
由于工业机器人关节的执行器为电机，所以获得电机的良好控制效果是非常重要的，要想获得优良的电机控制性能，就需要高性能的交流伺服驱动系统，因此研制高性能的交流伺服驱动系统是工业机器人的关键技术之一。
交流伺服驱动系统的硬件是软件设计的基础，所以本文的主要任务是根据工业机器人伺服驱动系统的特点，对系统的的硬件进行设计。
1、硬件设计1.1DSP的选型DSP系统硬件设计包括控制芯片的选择、主电路的驱动与保护、外围设备、逻辑电路等，它是整个控制系统设计的基础，DSP芯片又是重中之重。
TMS320C5000系列DSP具有最低功耗的特点，是专门针对消费类数字市场而设计的，最低耗电只有0.33mA/MHz，所以多应用于日常生活中的消费产品，如照相机、手机等。
TI公司的TMS320C6000系列拥有最高的处理能力，是一种适合采用C++/C等高级语言进行编程的数字处理器，主要应用在军事国防等高端领域。
与C5000和C6000系列的DSP相比，TMS320C2000系列的DSP由于其具有速度快、精度高、集成度高等优点，是目前控制领域性能最高的处理器。
其中，C28系列DSP是TMS320C2000平台中的新成员，它由C24系列DSP改进而来，是一款支持C/C++语言设计的芯片，C28系列DSP非常适合于工业控制，在算法控制上有独到的优势，是一款不可多得的微处理器，它的高效性可以使它代替任何其他处理器。
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。
伺服电机在机器人领域的应用
伺服电机在机器人领域的应用在现代工业领域，机器人技术的应用越来越广泛，成为生产自动化的关键。
而在机器人的运动控制中，伺服电机起着至关重要的作用。
伺服电机凭借其高精度、高效率和快速响应的特点，成为机器人领域首选的驱动装置之一。
本文将为您详细介绍伺服电机在机器人领域的应用。
首先，伺服电机在机器人领域的主要应用之一是在关节驱动方面。
机器人的关节需要精准灵活的运动，而伺服电机正是能够实现这一要求的驱动设备。
通过控制伺服电机的旋转角度和转速，可以实现机器人关节的精准控制，从而完成各种复杂任务。
无论是工业生产中的装配线还是医疗领域中的手术机器人，都需要伺服电机的支持来实现高效准确的运动。
其次，伺服电机在机器人领域的另一个重要应用是在运动平台驱动方面。
机器人在实现各种任务时往往需要移动到不同的位置，而运动平台的驱动系统则是保证机器人移动精准和稳定的关键。
伺服电机具有高速度和高精度的特点，可以实现对运动平台的精准控制，确保机器人在工作过程中具有稳定的运动特性。
除此之外，伺服电机还广泛应用于机器人的夹持和定位系统中。
在工业自动化生产中，机器人需要具备夹持和定位工件的能力，以完成各种加工任务。
伺服电机在夹持和定位系统中的应用，可以实现机器人对工件的精准抓取和定位，提高生产效率和产品质量。
总的来说，伺服电机在机器人领域的应用是多方面的、深入的。
它不仅可以实现机器人关节的精准控制，还可以驱动机器人的运动平台、夹持和定位系统，为机器人的自动化生产提供强大支持。
随着科技的不断进步和工业的不断发展，伺服电机在机器人领域的应用前景将更加广阔。
相信在不久的将来，伺服电机会在机器人领域发挥更重要的作用，推动机器人技术的不断创新和发展。
工业机器人伺服结构原理和控制方式解析
工业机器人伺服结构原理和控制方式解析伺服的结构是怎样的？一个最简易的伺服控制单元，就是一个伺服电机加伺服控制器，今天就来解析下伺服电机与伺服控制器。
电机动作的原理右手螺旋法则（安培定则）——通电生磁安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。
通电直导线中的安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。
弗来明左手法则——磁生力确定载流导线在外磁场中受力方向的定则。
又称电动机定则。
左手平展，大拇指与其余4指垂直，手心冲着N级，4指为电流方向，大拇指为载流导线在外磁场中受力方向。
DC伺服马达结构伺服控制单元※ SE RVO 语源自拉丁语，原意为“奴隶”的意思，指经由闭环控制方式达到一个机械系统的位置，扭矩，速度或加速度的控制，是自动控制系统中的执行单元，是把上位控制器的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
1.控制器：动作指令信号的输出装置。
2. 驱动器：接收控制指令，并驱动马达的装置。
3. 伺服马达：驱动控制对象、并检出状态的装置。
伺服马达的种类伺服马达的种类，大致可分成以下三种：1. 同步型：采用永磁式同步马达，停电时发电效应，因此刹车容易，但因制程材料上的问题，马达容量受限制。
〔回转子：永久磁铁；固定子：线圈〕2.感应型：感应形马达与泛用马达构造相似，构造坚固、高速时转矩表现良好，但马达较易发热，容量(7.5KW以上)大多为此形式。
回转子、固定子皆为线圈〕3. 直流型：直流伺服马达，有碳刷运转磨耗所产生粉尘的问题，于无尘要求的场所就不宜使用，以小容量为主。
〔回转子：线圈；固定子：永久磁铁；整流子：磁刷〕SM 同步形伺服马达※特长优点：1. 免维护。
2. 耐环境性佳。
3. 转矩特性佳，定转矩。
4. 停电时可发电剎车。
《伺服驱动技术》课件
汇报人：
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伺服驱动技术概述
伺服驱动系统的组 成
伺服驱动技术的原 理
伺服驱动技术的性 能指标
伺服驱动技术的应 用案例
添加章节标题
伺服驱动技术概述
伺服驱动技术是一种通过控制电机的转速、位置和转矩来精确控制机械运动的技术。
伺服驱动技术广泛应用于工业自动化、机器人、数控机床等领域。
航空航天： 用于控制 航天器的 姿态和轨 道
汽车电子： 用于控制 汽车的电 子系统， 如刹车、 转向等
19世纪末，直流伺服电机诞生
20世纪初，交流伺服电机出现
20世纪50年代，数字伺服技术开始发 展
20世纪70年代，交流伺服技术逐渐成 熟
20世纪80年代，交流伺服技术广泛应 用于工业自动化领域
21世纪初，伺服驱动技术向智能化、 网络化方向发展
汽车电子：用于汽车电子设备的控制，如电动助力转向系统、电子稳定系统等
伺服驱动技术的未 来发展
趋势：智能化、网络化、 集成化
挑战：技术瓶颈、成本压 力、市场竞争
发展趋势：高性能、高精 度、高可靠性
挑战：技术更新、人才短 缺、市场变化
提高响应速度：通过优化控制算法和硬件设计，提高伺服驱动系统的响应速度。 提高精度：通过采用高精度传感器和精密控制算法，提高伺服驱动系统的精度。 提高稳定性：通过优化控制算法和硬件设计，提高伺服驱动系统的稳定性。 提高智能化水平：通过采用人工智能技术，提高伺服驱动系统的智能化水平。
伺服控制器是伺服驱动系统的核心部件，负责接收控制信号并输出相应的控制电流。
伺服控制器的工作原理是通过接收来自上位机的控制信号，经过处理后输出相应的控制电流， 控制伺服电机的转速和转矩。
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。
伺服驱动工作原理
伺服驱动工作原理
“哇，这机器人好厉害啊！”我和小伙伴们在科技馆里围着一个能精准做出各种动作的机器人惊叹不已。
咱先说说这伺服驱动到底是啥玩意儿呢？嘿，这伺服驱动就像一个超级厉害的小魔法师。
它里面有好多关键的部件呢，比如说控制器，就像机器人的大脑一样，指挥着它干啥。
还有电机，那可是提供动力的大功臣，就像汽车的发动机似的，让机器人能跑能跳。
还有传感器，这玩意儿就像机器人的眼睛和耳朵，能感受到周围的情况。
那这伺服驱动是咋工作的呢？就好比你玩遥控汽车，你按一下遥控器，信号就传到汽车里的接收装置，然后汽车就开始跑啦。
伺服驱动也差不多，控制器接收到指令，就告诉电机该咋转，转多快。
传感器呢，随时把机器人的情况反馈给控制器，这样就能让机器人精准地做出各种动作。
这伺服驱动在生活中的应用可多啦！就说我家的扫地机器人吧，它能在屋子里到处跑，把地扫得干干净净。
为啥它能这么厉害呢？就是因为有伺服驱动呀！它能感知到周围的环境，遇到障碍物就绕过去，就像一个聪明的小精灵。
还有那些工厂里的机械手臂，能快速又准确地把东西组装起来，也是靠伺服驱动呢。
这伺服驱动可真是太牛啦！
伺服驱动真的是超级厉害，它让我们的生活变得更加方便和有趣。
我觉得以后伺服驱动肯定会在更多的地方发挥作用，让我们的世界变得更加美好。
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ROBOT COMING
任课老师：蒋志宏、李辉
机电学院智能机器人研究所 2014年-2015年
《机器人学》
第五章：机器人伺服驱动
5.1 伺服驱动控制原则和方法 5.2 伺服驱动控制
5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 伺服电机运动与驱动控制原理 伺服驱动电路设计 伺服驱动多环路控制器设计 伺服驱动系统测试与指标
20世纪90年代是伺服驱动技术实现全数字解）
5.1 伺服驱动控制原则和方法 3、伺服驱动器种类
电机伺服驱动器（交直流伺服电机：直流电
机、永磁同步电机、直流无刷电机、直接驱
动电机，还有步进电机等。）
液压伺服驱动器
5.1 伺服驱动控制原则和方法 2、伺服驱动简介
伺服驱动技术作为数控机床、（工业）机器人及其它机 械控制的关键技术之一；
20世纪最后10年间，微处理器(特别是DS础。 20世纪80年代是交流伺服技术取代直流伺服技术；
调节电动机的转速有三种方法：
调节电枢供电电压； 减弱励磁磁通； 改变电枢回路电阻R。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说 ，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只 能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但 调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速 （ 额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动 控制的直流调速系统往往以变压调速为主。
5.2 伺服驱动控制
数字电路产生PWM原理
数字电路产生PWM信号的原理与模拟电路一样，不同的 是，数字电路产生PWM信号是通过寄存器的设置来实现的。 数字电路产生PWM信号的原理如图所示。
Period Register Set Ts Ts Value of Timer Register PWM Signal
5.2 伺服驱动控制 模拟电路PWM发生步骤
第一步：通过电阻R和电容C设定开关周期Ts（开关频率f ＝1/Ts）； 第二步：通过振荡器产生载波，即图中锯齿波/三角波； 第三步：根据需要产生一个控制信号即调制波，然后， 载波和调制波的值通过比较器进行比较；
第四步：比较器比较的结果产生PWM信号。
*
*
*
Value of Compare Register
、信息及智能技术等等。
5.1 伺服驱动控制原则和方法 5、伺服驱动控制拓扑
Pos_Ref + Spd_Ref PID + T_Ref PID +
Pos_Fb
Spd_Fb
T_Fb
PID
PWM
H桥
电流传感器 位置传感器 位置传感器
MOTOR
1/N
N-减速器比
伺服电机多环路控制拓扑
5.1 伺服驱动控制原则和方法 6、直流伺服电机的驱动原理
模拟电路产生PWM原理
数字电路产生PWM原理
5.2 伺服驱动控制
模拟电路产生PWM原理
模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都 没有限制。模拟电路产生PWM信号的一般原理如图所示。
Ts Vs
载波
比较器 PWM信号
oscillator
Vc
调制波
Vs Vc
R
C
图 模拟电路产生PWM信号原理示意图
5.1 伺服驱动控制原则和方法 8、直流电机位置伺服控制原理
1 m (s) K bTa Tm 1 1 1 U a (s) ns 2 s s Ta Ta Tm
*
+
PID
* +
I*
+ PID H桥
PID
I
5.2 伺服驱动控制
脉宽调制（PWM）技术
内容：
脉宽调制（PWM）定义及PWM信号发生原理； 占空比的含义。
Ud
Rd
Ld
Ue
电流磁效应可知， 通电导体周围会产 生磁场，从而使得 通电导体在磁场中 受到安培力作用。
5.1 伺服驱动控制原则和方法 6、直流伺服电机的驱动原理
为了使得通电线圈能够连续运转，当线圈越过 平衡位置后及时改变对线圈供电电流的方向，那 么线圈就能连续转动起来。换向器和电刷的目的 就是改变线圈的供电电流方向。这样线圈就能连 续在磁场中运转。
冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM对开关器件 的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度 不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。 按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变电路输出电
压的大小，也可改变输出频率。
5.2 伺服驱动控制
2、PWM信号发生原理
5.1 伺服驱动控制原则和方法 1、伺服驱动定义
伺服驱动器在机器人中的作用相当于人体的 肌肉：如果把连杆和关节想象为机器人的骨 骼，那么伺服驱动器就起到人体肌肉作用。 伺服驱动器（Servo Drives）又称“伺服控制 器/放大器”，是用来控制伺服电机的一种控 制器，主要应用于高精度定位系统。一般通 过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进 行控制，实现高精度的传动系统定位；
要求：
掌握PWM的发生原理，理解占空比的含义。
5.2 伺服驱动控制
1、脉宽调制（PWM）技术介绍
脉宽调制（ PWM：Pulse-Width Modulation）是利用一种数字
信号来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用 在功率控制与变换、测量和通信等领域中;
采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉
5.1 伺服驱动控制原则和方法 7、直流伺服电机的调速原理
直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系：
U-IR n= KeΦ
n－转速 （r／min）； U－电枢电压 （V）； I－电枢电流 （A）； R－电枢回路总电阻 （欧姆）； －励磁磁通 （Wb）； Ke－由电机结构决定的电动势常数。
5.1 伺服驱动控制原则和方法 7、直流伺服电机的调速原理
气动伺服驱动器
记忆金属伺服驱动器
压电陶瓷伺服驱动器（致伸缩驱动器）
5.1 伺服驱动控制原则和方法 4、伺服驱动系统组成
控制 指令 DSP PWM PWM 多环路控制器 驱动 功率放大 执行机构 电机 传 动 机 构
输出
检测 电流 转速
ENC 位置
涉及学科：电路原理、模电数电、电力电子、控制技术