工业机器人驱动方法和应用 PPT课件

机器人对关节驱动电机的要求
• 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、调速范围宽，能使用于1：1000～10000的调速范围。 • 3、体积小、质量小、轴向尺寸短。 • 4、控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，
机器人用于零件装配
二、汽车制造领域
• 汽车制造生产线中的点焊和喷漆工作量极大，且要求有较 高的精度和质量，由于采用传送带流水作业，速度快，上 下工序要求严格，所以采用焊接机器人和喷漆机器人作业 可保证质量和提高效率。其次，我们还在汽车制造领域使 用了搬运机器人，装配机器人
喷漆工业机器人
• 喷涂机器人在汽车制造业中可喷涂形态复杂的汽车工件， 而且生产效率和很高。多用于汽车车体的喷涂作业，如 喷漆、喷釉等
改变电压或电流控制转速和转距。 脉冲宽度调制PWM是利用脉宽调制器对大功率晶体管开关放大器的开关时间进 行控制，将直流电压转换成某一频率的矩形波电压，加到直流电机的电枢两端， 通过对矩形波脉冲宽度的控制，改变电枢两端的平均电压达到调节电机转速的 目的。
4. 直流电机的特点
优点：调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性能好 （启动转矩大，启动电流小），运行平稳，转矩和转速容易控制。
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。 • 5、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。 • 6、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。
工业机器人的应用
• 现有工业机器人主要用于机械制造、汽车工业、金属加工、 电子工业、塑料成型等行业。从功能上看，这些应用领域 涉及机械加工、搬用、工件及工夹具装卸、焊接、喷漆、 装配、检验和抛光修正等。主要目的是提高生产能力、改 善工件条件、提高制造系统的自动化水平和柔性。
• 根据液压执行器输出量的形式的不同，大致可以把它们区 分为作直线运动的油压缸和作旋转运动的油压马达。
液压驱动系统
• 功率——重量比高，低速时出力大（无论直线驱动还是旋转驱 动）, 适合微处理器及电子控制，可用于极端恶劣的外部环境。
• 由于液压系统中存在不可避免的泄漏、噪声和低速不稳定等问 题，以及功率单元非常笨重和昂贵，目前已不多使用它们。
缺点：换相器需经常维护，电刷极易磨损，必须经常更换， 噪音比交流电机大。
书籍是进步的阶梯
交流电机驱动
AC servomotor
1. 工作原理
同步电机：定子是永磁体，所谓同步是指转子速度与定子 磁场速度相同。
异步电机：转子和定子上都有绕组，所谓异步是指转子磁 场和定子间存在速度差（不是角度差）。
2.矩频特性曲线
• 工业机器人具有重复定位精度高，可靠性高，生产柔性化， 自动化程度高等突出的优势：与人工相比，能够大幅度提 高生产效率和产品质量；与专机相比，具有可实现生产的 柔性化，投资规模小等特点。机器人智能化自动搬运系统 作为减速器壳体加工的重要生产环节，虽然已经在国内重 型汽车厂内取得成功的应用，但依然尚未普及。在国家经 济建设飞速发展的进程中，重型载重汽车的生产能力及生 产力水平亟待有一个质的飞跃，而工业机器人即是提升生 产力水平的强力推进器。
气缸的精确位置很难。因此气动装置通常仅用于插入操作 或1/2自由度关节上； • 结构简单，安全可靠，价格便宜；
液压驱动与气压驱动之对比
液压驱动 • 适于搬运较重的物体 • 不适于高速移动 • 适于确定高精度位置
气压驱动 • 适于搬运较轻的物体 • 适于高速移动 • 不适于确定高精度位置
直流电机驱动
伺服电机的精度由编码器的精度决定。步 Nhomakorabea电机驱动
步进电机驱动系统主要用于开环位置控制系统。优点：控 制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化。缺点：由于开 环控制，所以精度不高。
1.工作原理
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。简单说： 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的 方向转动一个固定的角度（即步进角）。可以通过控制脉冲个数 来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制 脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机有三种：永磁式PM（permanent magnet）；反应式 （也称可变磁阻式）VR（variable reluctance），在欧美等发达 国家80年代已被淘汰；混合式 HB（hybrid），混合式是指混合了 永磁式和反应式的优点，混合式步进电机的应用最为广泛。
PM式步进电机转子是永磁体，定子是绕组，在定子电磁铁和转子永磁体之 间的排斥力和吸引力的作用下转动，步距角一般为7.5o~90o。
包装机器人 材料去除机器人 打保险机器人
等离子切割机器人
堆垛机器人
高温喷涂机器人
清洁机器人
设备维护机器人
涂层机器人
去毛刺机器人
自动钻孔机器人
谢谢大家！
2. 运行矩频特性
起动曲线
运行曲线
在这个输出转矩 区间，步进电机 启动时的输入脉 冲频率必须缓慢 增加
3. 步进电机驱动的特点
控制系统简单可靠，成本低；控制精度受步距角限制，高 负载或高速度时易失步，低速运行时会产生步进运行现象。
伺服电机与步进电机比较
伺服电机的优势： 1、实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步 的问题； 2、高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转； 3、抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负 载波动和要求快速起动的场合特别适用； 4、低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进 运行现象。适用于有高速响应要求的场合； 5、电机加减速的动态相响应间短，一般在几十毫秒之内； 6、发热和噪音明显降低。
VR式步进电机用齿轮状的铁心作转子，定子是电磁铁。在定子磁场中， 转子始终转向磁阻最小的位置。步距角一般为0.9o~15o。
HB式步进电机是PM式和VR式的复合形式。在永磁体转子和电磁铁定子的表 面上加工出许多轴向齿槽，产生转矩的原理与PM式相同，转子和定子的形状与VR 式相似，步距角一般为0.9o~15o。
• 搬运机器人
装配机器人
• 在国内外各大汽车公司装配生产线上被广泛采用的装配机 器人。一方面使汽车装配自动化水平大大提高，目前，国 外某些大批量生产的轿车的装配自动化程度已达到 50%~65%。另一方面，有效地减轻了工人的劳动强度，提 高了装配质量，并明显地提高了生产率。在汽车整车装配 中，机器人不仅用于挡风玻璃的密封及涂覆、安装和车轮 备胎、仪表盘总成、后悬梁、车门、蓄电池等部件的安装， 也用于发动机动力总成等大件的安装。
一、机械制造领域
• 机械制造企业的柔性制造系统采用搬运机器人搬运物料、工件和 工具，装配机器人完成设备的零件装配，测量机器人进行在线或 离线测量。
如左图所示是两台机器人 用于自动装配的情况，主 机器人是一台具有3个自由 度，且带有触觉传感器的 直角坐标机器人，它抓取 第1号零件，并完成装配动 作，辅助机器人仅有一个 回转自由度，它抓取第2号 零件，1号和2号零件装配 完成后，再由主机械手完 成与3号零件的装配工作。
直接驱动电机
优点：不用齿轮减速器直接驱动，因此具有无间隙、摩擦小、 机械刚度高等优点，可以实现高速、高精度的位置控制和微小力 控制。
缺点：因为没有减速机构，所以容易受载荷的影响。
种类：直流力矩电机、无刷直流电机、VR式电机等。
这是 什么？
超声波电机（一种未来很有希望的电机）
特点：超声波电机具有体积小，重 量轻，不用制动器，速度和位置控 制灵敏度高，转子惯性小，响应性 能好，没有电磁噪声等普通电机不 具备的优点。
• 装配机器人
三、其他领域
• 机器人在其他领域应用也 非常广泛，如，工业机器 人可以取代人去处理一些 如放射线、火灾、海洋、 宇宙等环境的危险作业， 如2004年1月4日美国“勇 气”号火星探测机器人实 现了人类登陆火星的梦想 （右图为“勇气”号的图 片）。
勇气号火星探测器
扫雷轮式移动机器人
无人移动侦察车
1. 直流电机工作原理
电刷 左 手 定 则
换向器
T=BILr
直流电动机通过 换向器将直流转 换成电枢绕组中 的交流，从而使 电枢产生一个恒 定方向的电磁转 矩。
2. 矩频特性曲线：电流控制曲线和电压控制曲
线。
T (V K E)KT R
其中，KE为电 动势常数， KT 为转矩常数。
3. 直流电机的控制方式
1－总机座 2－轴旋转换位器 3、4－控制装置 5－工件夹具 6－工件 7－焊接电源
焊接机器人系统
搬运机器人
• 汽车桥箱类零件具有精度高、加工工序多、形状复杂、重 量重的特点，为提高其加工精度及生产效率，各重型汽车 生产厂家纷纷采用数控加工中心来加工此类零部件。而在 使用数控加工中心加工工件时，要求工件在工作台上具有 非常高的定位精度，且需要保证每次上料的一致性。由于 人工上料此类的工件具有劳动强度高、上料精度不好控制 等缺点，现在正逐步被工业机器人或专机进行上下料所取 代。
喷漆工业机器人系统示意图
1－操作机 2－识别装置 3－外起动 4－喷漆工件 5－示教手把 6－喷枪 7－漆罐 8－外同步控制 9－生产线停线控制 10－控制系统 11－遥控急停开关 12－油源
焊接机器人
• 汽车行业的发展水平，代表了一个国家的综合技术水平， 汽车工业的发展将会带动其他行业的发展。各厂商为了在 日渐激烈的竞争中立于不败之地，必须率先实现焊接自动 化，因此，今后除了如汽车、摩托车这样的大批量生产行 业，一些产品多样化的企业，为了提高焊接质量，也将会 考虑使用焊接机器人，如钢结构等行业，与此同时，对焊 接机器人的要求也必然会逐步提高，比如说对焊道的自动 跟踪系统的需求会逐步加大等。