工业机器人用电机驱动系统
电机在工业机器人中的应用有哪些特点
电机在工业机器人中的应用有哪些特点工业机器人作为现代制造业中的重要力量，在提高生产效率、保证产品质量、降低劳动强度等方面发挥着关键作用。
而电机作为工业机器人的核心驱动部件，其性能和特点直接影响着机器人的工作表现。
下面我们就来详细探讨一下电机在工业机器人中的应用特点。
一、高精度和高准确性在工业机器人的操作中，精度和准确性是至关重要的。
例如，在汽车生产线上进行零部件的装配，或者在电子设备制造中进行微小元件的安装，哪怕是微小的误差都可能导致产品质量下降甚至废品的产生。
为了实现这样的高精度操作，所采用的电机必须具备出色的定位精度和重复定位精度。
直流无刷电机和交流伺服电机在这方面表现出色。
它们能够通过精确的控制算法，实现对电机转速和位置的高精度控制。
通常，这些电机的定位精度可以达到微米级别，重复定位精度更是能够达到极高的水平，从而满足工业机器人在各种精密操作中的需求。
二、高速度和高加速度工业生产中，时间就是金钱。
为了提高生产效率，工业机器人需要能够快速地完成各种动作。
这就要求电机能够提供高速度和高加速度。
例如，在搬运重物的工业机器人中，为了在短时间内将物体从一个位置移动到另一个位置，电机需要能够迅速加速到较高的速度，并在到达目的地时快速减速停止。
高性能的电机能够在短时间内产生巨大的扭矩，实现快速的加速和减速，从而大大缩短机器人的工作周期，提高生产效率。
三、高扭矩输出工业机器人在执行任务时，常常需要克服较大的负载和阻力。
比如，在进行金属加工时，机器人的手臂需要承受切削力；在搬运重物时，需要克服物体的重力。
因此，电机必须能够提供足够大的扭矩输出，以确保机器人能够顺利完成工作。
为了实现高扭矩输出，电机的设计和制造采用了一系列技术手段。
例如，增加电机的磁极对数、优化电机的磁路设计、使用高性能的磁性材料等。
此外，通过合理的传动系统设计，如采用减速机等，可以将电机的输出扭矩进一步放大，满足工业机器人在不同应用场景下的扭矩需求。
工业机器人的驱动方式
工业的驱动方式
1. 介绍
工业是一种能够自主执行任务的可编程设备，广泛应用于制造和生产领域。
其驱动方式决定了在运行过程中所使用的能源类型以及控制方法。
2. 驱动系统分类
2.1 电气驱动系统
- 直流电机：采用直流电源供给，并通过调节转子磁场实现速度和位置控制。
- 步进电机：根据输入脉冲信号进行精确步长移动，适合需要高精度定位操作。
- AC伺服电机：利用交变频率来改变旋转速度并提供更好的负载承受力。
2.2 液压/气压驱动系统
- 液压传感技术: 利用液体（通常为油）作为媒介，在活塞或缸筒之间施加力量来推送部件运行。
- 气压试验台: 使用空气或其他非腐蚀性、无毒害物质将线性运输装置带到目标位置上去.
3. 控制方法
3 .1 开环控制：
在开环控制下, 系统输出不会影响到控制器的输入。
这种方法简单且成本较低，但对于精确度要求高的应用不太适合。
3.2 闭环控制：
在闭环控制下, 系统输出会通过传感器反馈给控制器进行调整和校正。
这种方法可以提供更好的稳定性和准确性。
4. 驱动方式选择因素
- 负载能力：机械臂所需承受负荷大小。
- 运行速度：工作任务需要多快完成。
- 定位精度: 工业在执行操作时所需达到的位置准确程度.
5. 法律名词及注释
- 相关附件:
1、驱动系统技术规格表
2、电气/液压/气压部件清单
以上是有关工业驱动方式详细介绍，请参考使用。
简述工业机器人驱控一体化系统的构成
简述工业机器人驱控一体化系统的构成工业机器人驱控一体化系统是当前技术发展的一个重要方向，主要用于实现自动化生产，广泛应用于工厂汽车制造等行业中。
它是由若干部件组成的，包括机器人驱动系统、机器人传动系统、控制系统和工具系统。
本文将详细介绍这些部件的设计原理、功能特点和应用方式。
一、机器人驱动系统机器人驱动系统是工业机器人最基本的部件，主要实现机器人运动控制，并基于传统的电机驱动技术。
它的功能是向机器人输入命令，控制机器人的运行状态，以实现特定的工作任务。
按照电机驱动方式，机器人驱动系统可以分为触点式电机驱动系统、分循环电机驱动系统和传统电机驱动系统。
触点式电机驱动系统是通过控制继电器来控制电机的输出力矩，具有快速响应和较高的精度；分循环电机驱动系统采用多通道加工技术，可以同时控制多个电机；传统电机驱动系统则使用传动装置，如滑轮、减速机、带轮等来控制电机的转速和扭矩。
二、机器人传动系统机器人传动系统是工业机器人的核心组件，主要用于实现机器人的精确运动控制，它的设计主要包括传动装置及控制装置。
传动装置主要有电机、轴、减速机、传动链、带轮等，根据机器人的工作要求，可以组合使用不同类型的传动装置，实现不同工作任务的完成。
控制装置主要使用传感器、控制器等电子设备，用于控制传动装置的运行，实现机器人运动控制目标。
三、控制系统控制系统是工业机器人的重要部件，它可以按照预设的要求，调整机器人的运动参数，实现机器人的精确运动控制。
控制系统的设计主要有两个方面：一是硬件设计，一般使用微处理器或模拟集成电路来控制机器人的运动参数，实现机器人高效率的运行；二是软件设计，可以使用各种软件语言来编写程序，控制机器人的每一步动作，实现机器人的精确运动控制。
最后，需要说明的是，工业机器人系统的设计不仅仅要考虑传动和控制系统的组合，还要注意机器人的外形和抗腐蚀性。
机器人的外形要求低噪音、低振动、低噪声，抗腐蚀性要求能够长期在各种恶劣环境中安全运行。
工业机器人的基本结构
工业机器人的基本结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器人系统，它具有复杂的结构和多样的功能。
下面将介绍工业机器人的基本结构。
工业机器人主要由机械结构、传感器、控制系统和执行器四个主要部分组成。
一、机械结构工业机器人的机械结构是机器人的骨架，它决定了机器人的外形和运动能力。
机械结构包括机器人的机身、关节、连杆、末端执行器等部分。
1. 机身：机身是机器人的主体部分，承载着各个关节和执行器。
一般采用铝合金、钢材或碳纤维等材料制作，具有较强的刚性和轻量化特性。
2. 关节：关节是连接机身和连杆的部分，用于实现机器人的运动。
根据运动方式的不同，关节可以分为旋转关节和直线关节。
旋转关节可以使机器人在水平方向上旋转，而直线关节可以使机器人在垂直方向上进行上下运动。
3. 连杆：连杆是连接关节和末端执行器的部分，它们通过关节的旋转和直线运动，使机器人能够完成各种复杂的任务。
连杆一般采用铝合金或钢材制作，具有一定的刚性和强度。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的“手”，用于实现机器人的具体操作。
常见的末端执行器包括夹爪、焊枪、刀具等，不同的末端执行器适用于不同的工作任务。
二、传感器传感器是工业机器人的感知器官，用于获取周围环境的信息，帮助机器人做出相应的动作。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等。
1. 视觉传感器：视觉传感器可以通过拍摄和分析图像，实现对物体的识别、定位和测量。
它可以帮助机器人在不同的工作环境中准确定位和操作物体。
2. 力传感器：力传感器可以测量机器人施加在物体上的力和力矩，帮助机器人控制力的大小和方向，实现精确的操作和装配。
3. 位置传感器：位置传感器可以测量机器人各个关节的位置和姿态，提供给控制系统进行运动控制。
常见的位置传感器有编码器、陀螺仪等。
三、控制系统控制系统是工业机器人的大脑，负责对机器人进行运动控制和任务规划。
它由硬件和软件两部分组成。
1. 硬件：硬件部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等。
工业机器人组成结构
工业机器人组成结构工业机器人是一种用于自动化生产的机器，它能够完成人类在生产线上的工作任务。
工业机器人的组成结构是多样的，下面将从机械结构、电气控制和软件系统三个方面来介绍工业机器人的组成结构。
一、机械结构工业机器人的机械结构是支持其运动和操作的基础。
通常，它由底座、臂架、关节、末端执行器等部分组成。
1. 底座：底座是机器人的基础，通常由铸铁或钢板制成，具有足够的强度和稳定性。
底座上通常安装有电机和减速器，用于提供机器人的旋转运动。
2. 臂架：臂架是机器人的主体结构，通常由铝合金或碳纤维等材料制成，具有轻量化和高强度的特点。
臂架上的关节连接着各个运动部件，使机器人能够进行多轴运动。
3. 关节：关节是机器人的运动部件，通常由电动机、减速器和编码器等组成。
关节能够提供机器人的转动和抬升等运动，使机器人能够灵活地完成各种工作任务。
4. 末端执行器：末端执行器是机器人的工作部件，通常根据需要选择不同的执行器，如夹爪、吸盘、焊枪等。
末端执行器能够完成机器人的具体操作任务，如抓取、装配、焊接等。
二、电气控制电气控制是机器人的神经系统，负责控制机器人的运动和操作。
它由电机驱动系统、传感器系统和控制器等组成。
1. 电机驱动系统：电机驱动系统是机器人的动力源，通常由伺服电机和伺服驱动器等组成。
电机驱动系统能够提供机器人的运动能力，使机器人能够精确地控制运动轨迹和速度。
2. 传感器系统：传感器系统能够感知机器人周围的环境和工件信息，通常包括视觉传感器、力传感器、接近开关等。
传感器系统能够为机器人提供反馈信号，使机器人能够根据实际情况进行调整和控制。
3. 控制器：控制器是机器人的大脑，负责整个系统的协调和控制。
控制器通常由工控机或嵌入式控制器组成，可以通过编程来实现机器人的自动化控制和任务规划。
三、软件系统软件系统是机器人的智能核心，负责实现机器人的智能化和自主性。
它由操作系统、控制算法和应用软件等组成。
1. 操作系统：操作系统是机器人的基础软件平台，通常采用实时操作系统（RTOS），如VxWorks、RobotWare等。
工业机器人驱动传动及传感系统组成
2.3.5 接近开关
接近开关也叫近接开关，又称无触点行程开关，它除可以完成行程控 制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测 速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自 动衔接等。它是一种非接触传感器。是用来代替传统的微动开关等机械式 触觉传感器的。由于接近开关不需要接触被测物体，所以其特点有工作可 靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环 境等。
运行性能不同： 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵
转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应 处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机 编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电 机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
绝对式编码器的工作原理如下图所示。左图示意了从发光管经过分光滤 镜等光学组件，通过编码盘的透射光被光学敏感器件检测到的原理。右图是 一个8位（256点分辨率）绝对式编码盘的示意图。编码盘具有8个同心圆，分 别代表8个有效位。黑色表示不透光，白色表示透光。发光管发出的光线经过 分光组件后变成8组平行光，穿过编码盘的光投射到光学敏感器件上就可以得 到编码盘当前的角度信息。
2.2.3 行星减速器
行星减速器，是比较典型的减速器之一，相对尺寸较小，容易获得大的 速比。特点是低噪音、高精度、安装简单效率高。
行星式齿轮减速机的传动机构是齿轮，其结构简图很简单，有一大一小 两个圆，两圆同心，在两圆之间的环形部分有另外三个小圆，所有的圆中最 大的一个是内齿环，其他四个小圆都是齿轮，中间那个叫太阳轮，另外三个 小圆叫行星轮，如图所示。电机带动减速机的太阳轮，太阳轮再驱动支撑在 内齿环上的行星轮，行星轮通过其与外齿环的啮合传动，驱动与外齿环相连 的输出轴，就达到了减速的目的，减速比与齿轮系的规格有关。
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。
工业机器人的驱动系统分类及特点
工业机器人的驱动系统分类及特点
液压驱动系统是利用液体的流动和液压元件的作用实现机器人的运动。
其特点是具有较大的推力和扭矩输出，适用于重型机械臂和需要高负载、
高速度运动的场景。
液压驱动系统的优点是工作平稳，噪音小，可靠性高，但其缺点是驱动精度相对较低，成本较高。
电动驱动系统是通过电动机驱动机器人的运动。
常用的电动机包括直
流电动机、交流电动机和步进电动机等。
电动驱动系统的特点是具有较高
的驱动精度和较好的响应性能，适用于需要高精度和灵活性的场景。
电动
驱动系统的优点是体积小，重量轻，能耗低，但其缺点是输出力较小，不
适用于高负载场景。
气动驱动系统是利用气体的压缩和释放来实现机器人的运动。
其特点
是具有快速动作和较大的力矩输出，适用于需要轻量化和快速运动的场景。
气动驱动系统的优点是成本低，可靠性高，但其缺点是运动精度较低，噪
音较大，能耗较高。
除了以上三种主要的驱动系统，还有一些其他新兴的驱动技术在工业
机器人中得到应用，如直线电动机驱动系统、磁悬浮驱动系统等。
这些驱
动技术具有更高的驱动精度和响应速度，能够实现更复杂的运动轨迹和操
作方式。
综上所述，不同的驱动系统适用于不同的工业机器人应用场景。
液压
驱动系统适用于重型和高负载机器人，电动驱动系统适用于需要高精度和
灵活性的场景，气动驱动系统适用于轻量化和快速运动的场景。
随着技术
的不断发展和创新，将有更多新型的驱动系统被应用于工业机器人中，进
一步提升其性能和应用范围。
- 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)。
工业机器人用电机驱动系统
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规纳如下
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。
二、电机大致可细分为以下几种：
1.交流伺服电动机
包括同步型交流伺服电动机及反应式步进电动机等。
2.直流伺服电动机
包括小惯量永磁直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机、大惯量永磁直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机。
3.步进电动机
包括永磁感应步进电动机。
速度传感器多采用测速发电机和旋转变压器；位置传感器多用光电码盘和旋转变压器。
近年来，国外机器人制造厂家已经在使用一种集光电码盘及旋转变压器功能为一体的混合式光电位置传感器，伺服电动机可与位置及速度检测器、制动器、减速机构组成伺服电动机驱动单元。
机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大。
三、常用的减速机构
1.RV减速机构；
2.谐波减速机械；
3.摆线针轮减速机构；
4.行星齿轮减速机械；
5.无侧隙减速机构；
6.蜗轮减速机构；
7.滚珠丝杠机构；
8.金属带／齿形减速机构；
9.球减速机构。
工业机器人电动机驱动原理如图1所示。
工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。
目前国外许多电动机生产厂家均开发出与交流伺服电动机相适配的驱动产品，用户根据自己所需功能侧重不同而选择不同的伺服控制方式，一般情况下，交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现以下功能：
1.位置控制方式；
2.速度控制方式；
3.转矩控制方式；
4.位置、速度混合方式；
5.位置、转矩混合方式；
6.速度、转矩混合方式；
7.转矩限制；
8.位置偏差过大报警；
9.速度PID参数设置；
10.速度及加速度前馈参数设置；
11.零漂补偿参数设置；
12.加减速时间设置等。
四、驱动器种类
1.直流伺服电动机驱动器
直流伺服电动机驱动器多采用脉宽调制（PWM）伺服驱动器，通过改变脉冲宽度来改变加在电动机电枢两端的平均电压，从而改变电动机的转速。
PWM伺服驱动器具有调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强等特点，在工业机器人中常作为直流伺服电动机驱动器。
2.同步式交流伺服电动机驱动器
同直流伺服电动机驱动系统相比，同步式交流伺服电动机驱动器具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。
同步式交流伺服电动机驱动器通常采用电流型脉宽调制（PWM）相逆变器和具有电流环为内环、速度环为外环的多闭环控制系统，以实现对三相永磁同步伺服电动机的电流控制。
根据其工作原理、驱动电流波形和控制方式的不同，它又可分为两种伺服系统：
（1）矩形波电流驱动的永磁交流伺服系统。
（2）正弦波电流驱动的永磁交流伺服系统。
采用矩形波电流驱动的永磁交流伺服电动机称为无刷直流伺服电动机，采用正弦波电流驱动的永磁交流伺服电动机称为无刷交流伺服电动机。
3.步进电动机驱动器
步进电动机是将电脉冲信号变换为相应的角位移或直线位移的元件，它的角位移和线位移量与脉冲数成正比。
转速或线速度与脉冲频率成正比。
在负载能力的范围内，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，误差不长期积累，步进电动机驱动系统可以在较宽的范围内，通过改变脉冲频率来调速，实现快速起动、正反转制动。
作为一种开环数字控制系统，在小型机器人中得到较广泛的应用。
但由于其存在过载能力差、调速范围相对较小、低速运动有脉动、不平衡等缺点，一般只应用于小型或简易型机器人中。
步进电动机所用的驱动器，主要包括脉冲发生器、环形分配器和功率放大等几大部分，其原理框图如图2所示。
4.直接驱动
所谓直接驱动（DD）系统，就是电动机与其所驱动的负载直接耦合在一起，中间不存在任何减速机构。
同传统的电动机伺服驱动相比，DD驱动减少了减速机构，从而减少了系统
传动过程中减速机构所产生的间隙和松动，极大地提高了机器人的精度，同时也减少了由于减速机构的摩擦及传送转矩脉动所造成的机器人控制精度降低。
而DD驱动由于具有上述优点，所以机械刚性好，可以高速高精度动作，且具有部件少、结构简单、容易维修、可靠性高等特点，在高精度、高速工业机器人应用中越来越引起人们的重视。
作为DD驱动技术的关键环节是DD电动机及其驱动器。
它应具有以下特性：
（1）输出转矩大：为传统驱动方式中伺服电动机输出转矩的50～100倍。
（2）转矩脉动小： DD电动机的转矩脉动可抑制在输出转矩的5%～10%以内。
（3）效率：与采用合理阻抗匹配的电动机（传统驱动方式下）相比，DD电动机是在功率转换较差的使用条件下工作的。
因此，负载越大，越倾向于选用较大的电动机。
目前，DD电动机主要分为变磁阻型和变磁阻混合型，有以下两种结构型式：
（1）双定子结构变磁阻型DD电动机；
（2）中央定子型结构的变磁阻混合型DD电动机。
5.特种驱动器
（1）压电驱动器。
众所周知，利用压电元件的电或电致伸缩现象已制造出应变式加速度传感器和超声波传感器，压电驱动器利用电场能把几微米到几百微米的位移控制在高于微米级大的力，所以压电驱动器一般用于特殊用途的v微型机器人系统中。
（2）超声波电动机。
（3）真空电动机。
用于超洁净环境下工作的真空机器人，例如用于搬运半导体硅片的超真空机器人等。