机器人概论第三章机器人动力及驱动
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机电 的磁 结式 构直 和流 原电 理动
03 机器人的电动力系统
3.3 机器人与直流电机
直流电机具有良好的控制特性：
转矩T(t)与流经电枢线圈的电流i(t)基本成正比，即： T (t) KTi(t)
其中，KT为转矩常数，这意味着，控制流经电枢线圈的 电流i (t)，就能控制电机的输出转矩。
无负载转速(t)与加载到电枢线圈的电压u(t)基本成正比，
变频技术的应用，使交流伺服电机变成了无刷直流电机。 无刷直流电机广泛应用于自主移动式机器人。
03 机器人的电动力系统
3.2 机器人与步进电机
步进电机能将数字脉冲信号变换为角位移信号，每当接收 到一个脉冲信号，步进驱动器就按设定的方向转动一个微 小的角度。
步进电机的特征是：
如果给步进电机输入一个脉冲，电机转子就转过一定的 角度，称之为“一个步长的转动”，其转过的角度被称 为：步距角（Step Angle）；
动力系统
电机 液压 电机 液压 电机 气动 液压 电机 气动
特定区域 室内 室外
特殊驱动器 电机
动力源 电源电缆 电源电缆 发动机 电池 气罐 发动机 电池 气罐
微波 电池
01 机器人的动力源
1.2 机器人的常规动力源
电动力系统：或电驱动系统（Electric Actuator），是以 电动机为驱动器的动力系统，如：步进电机，直流电机， 交流电机。
因此，步进电机转子的旋转速度与脉冲的频率成正比； 步进电机转子在最后的脉冲位置停止，产生相对于外力 的一个很强的反抗力。
03 机器人的电动力系统
3.2 机器人与步进电机
通过控制脉冲个数就能控制步进电机的角位移量，从而准
确定位；通过控制脉冲频率就能控制步进电机转动的速度
和加速度。
双极步进电机的驱动与控制
动力，是驱动机器人的源泉，是机器人的 能量流动和信息流动的源泉，是机器人活 性的源泉。
01 机器人的动力源
1.1 不同类型的机器人可以有不同的动力源
机器人类型 机械臂 搬运机器人 建筑机器人 救助机器人
小型移动式 机器人 微型机器人 仿人机器人
运动空间 车间内 车间内 室外 室内 室外
室内 室外
Pc：控制信号，由 DSP发送的PWM电信号。
P出m的：P采动直p用力：流锂。主电电动机池力输。源，
Pa：控制动力，是对 Pc 放 Pu：经传动系统（减速 大后驱动电Βιβλιοθήκη Baidu的电压量。 器）将Pm转换成驱动轮
系的机械动力。 两轮机器人动力系统的构成
03 机器人的电动力系统
3.1 机器人电动力系统的类型
电动力系统的动力，自然，来自电动机，或称电动马达 （Electric Motor）机 然，器而主人，要可电有以动有力4 各系种种统类各是型样机：的器动人力，源特和别动是力自系主统移，
肢人因 体机此 的械， 精臂步 确和进 控机电 制械机 。腿实
等现 机机
械器
03 机器人的电动力系统
3.3 机器人与直流电机
一般移动式机器人通常采用中小型的直流电动机驱动。
以电磁式直流电动机为例，主要由永久磁体和电枢构成。 电枢又称转子，包括转轴、铁芯和缠绕在铁芯上的线圈。
当电流 i 流经线圈 abcd 时，铁芯周围便形成磁场，导线 ab 和 cd 受到电磁力 F 的作用，形成转动力矩，驱使电枢 转动。
磁流体驱动器：磁流体是能与磁铁产生反应的流体，利 用磁流体中非磁体的运动，可产生动力。
02 机器人的动力系统
2.1 机器人动力系统一般性构成
机器人的动力系统，又称驱动系统（Actuator），是机器 人的肌肉，包含：
动力源：a power supply 动力放大器：a power amplifier P伺p：服主发动动力机源：，可a s以e是rv电om动o力tor 的传，送液系动统力：的a，t或ra气ns动m力is的sio。n system
01 机器人的动力源
1.3 机器人的特殊动力源
除常规动力源之外，还存在诸多特殊的动力源，可用作机 器人的驱动力，其中一些可能预示着自主移动式机器人动 力源今后的发展方向，如：
超声波电机：用超声波激励弹性体定子，使其表面形成 椭圆运动，转子因而在摩擦力的作用下获得推力。 橡胶驱动器：利用橡胶等弹性结构体的形变产生动力， 可实现：柔性微驱动器，人工肌肉，人工手指等。 静电驱动器：利用带电体之间的静电力实现驱动，如： 静电摆动电机，步进直线驱动器，薄膜静电驱动器等。
机器人技术概论
Introduction to Robotic Technology
第三章 机器人的动力与驱动
(Power and Drive of Robots)
01 机器人的动力源 02 机器人的动力系统 03 机器人的电动力系统 04 机器人的供电方式 05 机器人与电池 06 机器人动力系统的功率放大器
步进电机（Ste动pp式in机g 器M人ot，or最）常：用控的制驱性动能系好统。，定位精度 高，负载能力稍差； 直流伺服电机（Direct Current Motor）：易于控制，有 一定负载能力，电刷和整流子易引起摩擦损耗； 交流伺服电机（Alternate Curent Motor）：性能和效率 与DC电机相似，无需整流子和电刷，需交流推动； 直接驱动电机（Direct Drive Motor）：没研究过。
油动力系统：如：汽油机，柴油机，可满足大功率和高 旋转速度的要求，美国的 BigDog 就采用了油动力系统， 飞行机器人也往往采用油动力系统。
液动力系统：或液压驱动系统（Hydraulic Actuator）， 特点是转矩重量比大，即单位重量的输出功率高，适用 于重载移动式机器人。 气动力系统：或气动驱动系统（Pneumatic Actuator）， 动力源于压缩空气，可实现位置控制，力控制，如：真 空吸盘可充当机器人的手。
P常c：是电控动制力信的号。，P大通a，：可控Pd以制：是动消电力耗动，的力是动的对力P的，。mP动P经：液cu力传：发的动。动驱动力放系动机统肢输将体出P的m动转力换成， 机的器，人或动气力动系力统的的。构成了：机械动力。
02 机器人的动力系统
2.2 机器人动力系统实例
两轮机器人的动力系统如下图所示，采用直流伺服电机， 驱动机器人的轮系。
03 机器人的电动力系统
3.3 机器人与直流电机
直流电机具有良好的控制特性：
转矩T(t)与流经电枢线圈的电流i(t)基本成正比，即： T (t) KTi(t)
其中，KT为转矩常数，这意味着，控制流经电枢线圈的 电流i (t)，就能控制电机的输出转矩。
无负载转速(t)与加载到电枢线圈的电压u(t)基本成正比，
变频技术的应用，使交流伺服电机变成了无刷直流电机。 无刷直流电机广泛应用于自主移动式机器人。
03 机器人的电动力系统
3.2 机器人与步进电机
步进电机能将数字脉冲信号变换为角位移信号，每当接收 到一个脉冲信号，步进驱动器就按设定的方向转动一个微 小的角度。
步进电机的特征是：
如果给步进电机输入一个脉冲，电机转子就转过一定的 角度，称之为“一个步长的转动”，其转过的角度被称 为：步距角（Step Angle）；
动力系统
电机 液压 电机 液压 电机 气动 液压 电机 气动
特定区域 室内 室外
特殊驱动器 电机
动力源 电源电缆 电源电缆 发动机 电池 气罐 发动机 电池 气罐
微波 电池
01 机器人的动力源
1.2 机器人的常规动力源
电动力系统：或电驱动系统（Electric Actuator），是以 电动机为驱动器的动力系统，如：步进电机，直流电机， 交流电机。
因此，步进电机转子的旋转速度与脉冲的频率成正比； 步进电机转子在最后的脉冲位置停止，产生相对于外力 的一个很强的反抗力。
03 机器人的电动力系统
3.2 机器人与步进电机
通过控制脉冲个数就能控制步进电机的角位移量，从而准
确定位；通过控制脉冲频率就能控制步进电机转动的速度
和加速度。
双极步进电机的驱动与控制
动力，是驱动机器人的源泉，是机器人的 能量流动和信息流动的源泉，是机器人活 性的源泉。
01 机器人的动力源
1.1 不同类型的机器人可以有不同的动力源
机器人类型 机械臂 搬运机器人 建筑机器人 救助机器人
小型移动式 机器人 微型机器人 仿人机器人
运动空间 车间内 车间内 室外 室内 室外
室内 室外
Pc：控制信号，由 DSP发送的PWM电信号。
P出m的：P采动直p用力：流锂。主电电动机池力输。源，
Pa：控制动力，是对 Pc 放 Pu：经传动系统（减速 大后驱动电Βιβλιοθήκη Baidu的电压量。 器）将Pm转换成驱动轮
系的机械动力。 两轮机器人动力系统的构成
03 机器人的电动力系统
3.1 机器人电动力系统的类型
电动力系统的动力，自然，来自电动机，或称电动马达 （Electric Motor）机 然，器而主人，要可电有以动有力4 各系种种统类各是型样机：的器动人力，源特和别动是力自系主统移，
肢人因 体机此 的械， 精臂步 确和进 控机电 制械机 。腿实
等现 机机
械器
03 机器人的电动力系统
3.3 机器人与直流电机
一般移动式机器人通常采用中小型的直流电动机驱动。
以电磁式直流电动机为例，主要由永久磁体和电枢构成。 电枢又称转子，包括转轴、铁芯和缠绕在铁芯上的线圈。
当电流 i 流经线圈 abcd 时，铁芯周围便形成磁场，导线 ab 和 cd 受到电磁力 F 的作用，形成转动力矩，驱使电枢 转动。
磁流体驱动器：磁流体是能与磁铁产生反应的流体，利 用磁流体中非磁体的运动，可产生动力。
02 机器人的动力系统
2.1 机器人动力系统一般性构成
机器人的动力系统，又称驱动系统（Actuator），是机器 人的肌肉，包含：
动力源：a power supply 动力放大器：a power amplifier P伺p：服主发动动力机源：，可a s以e是rv电om动o力tor 的传，送液系动统力：的a，t或ra气ns动m力is的sio。n system
01 机器人的动力源
1.3 机器人的特殊动力源
除常规动力源之外，还存在诸多特殊的动力源，可用作机 器人的驱动力，其中一些可能预示着自主移动式机器人动 力源今后的发展方向，如：
超声波电机：用超声波激励弹性体定子，使其表面形成 椭圆运动，转子因而在摩擦力的作用下获得推力。 橡胶驱动器：利用橡胶等弹性结构体的形变产生动力， 可实现：柔性微驱动器，人工肌肉，人工手指等。 静电驱动器：利用带电体之间的静电力实现驱动，如： 静电摆动电机，步进直线驱动器，薄膜静电驱动器等。
机器人技术概论
Introduction to Robotic Technology
第三章 机器人的动力与驱动
(Power and Drive of Robots)
01 机器人的动力源 02 机器人的动力系统 03 机器人的电动力系统 04 机器人的供电方式 05 机器人与电池 06 机器人动力系统的功率放大器
步进电机（Ste动pp式in机g 器M人ot，or最）常：用控的制驱性动能系好统。，定位精度 高，负载能力稍差； 直流伺服电机（Direct Current Motor）：易于控制，有 一定负载能力，电刷和整流子易引起摩擦损耗； 交流伺服电机（Alternate Curent Motor）：性能和效率 与DC电机相似，无需整流子和电刷，需交流推动； 直接驱动电机（Direct Drive Motor）：没研究过。
油动力系统：如：汽油机，柴油机，可满足大功率和高 旋转速度的要求，美国的 BigDog 就采用了油动力系统， 飞行机器人也往往采用油动力系统。
液动力系统：或液压驱动系统（Hydraulic Actuator）， 特点是转矩重量比大，即单位重量的输出功率高，适用 于重载移动式机器人。 气动力系统：或气动驱动系统（Pneumatic Actuator）， 动力源于压缩空气，可实现位置控制，力控制，如：真 空吸盘可充当机器人的手。
P常c：是电控动制力信的号。，P大通a，：可控Pd以制：是动消电力耗动，的力是动的对力P的，。mP动P经：液cu力传：发的动。动驱动力放系动机统肢输将体出P的m动转力换成， 机的器，人或动气力动系力统的的。构成了：机械动力。
02 机器人的动力系统
2.2 机器人动力系统实例
两轮机器人的动力系统如下图所示，采用直流伺服电机， 驱动机器人的轮系。