机器人学导论第章.ppt

液压驱动的其他设计方案： 1）以IBM7565机器人制造系统为例，机器人的三个线性关节分别由直线液压电机驱动。每个直线电机由一组共四个小液压活塞组成，它们沿波浪式表面按一定次序缩进或伸出。 IBM7565机器人的直线液压电机 2）另外一种驱动器模仿了生物肌肉，当球胆中的压力增大时，球胆变圆，使抗剪护套膨胀并变短。 原理： 使用压缩空气做气源驱动直线或旋转气缸，并用人工或电磁阀进行控制。 特点： 1）惯性负载低（压缩空气和运动的驱动器分离） 2）功率-重量低（气动装置的工作压强低） 主要问题： 气动装置通常仅用于插入操作，驱动器要么完全向前要么完全退后，此外，气动装置也可以用在全开或全关的半自由度关节，但是要控制气缸的精确位置非常困难。 §6.4 气动装置 原理： 带电的导线放入磁场时将会产生力，力的方向垂直于由磁场和电流方向所成的平面。若导线有一旋转中心点，那么产生的转矩将使导线绕该旋转中心旋转。改变磁场或电流的方向可使它绕旋转中心连续旋转。 §6.5 电动机 电动机类型： ●直流电动机 ●可逆交流电动机 ●无刷直流电动机 ●步进电动机 按磁场的产生分类： ●永磁电机 ●励磁电机 常见电机介绍 一 直流电机 原理： 用固定永磁体产生静止磁场，通过连续改变转子中的电流方向使转子持续旋转。 反之，如果转子在磁场中旋转，则产生直流电，成为发电机。 力矩计算公式： 缺点：惯量高，尺寸大。 为克服上述缺点，常用盘式或空心杯电机。 右图所示为盘式电机 二 交流电机 原理： 在直流电机的基础上将转子改为永磁体，定子内设置绕组，取消所有换向器。 特点： 额定转速(转子极数和电源频率的函数)、电源频率(60Hz)固定。由于其更容易散热，所以功率可以很大。 三 无刷直流电机 交流电机和直流电机的混合体，使用开关直流波形，但不一定是60Hz。可以工作在任意速度，需要一个反馈来决定何时改变电流方向。由控制电路控制运行，若直接接在直流电源上则不会运转。 四 直接驱动电机 在无刷直流电机或步进电机的基础上被设计成在低速时能输出很大的力矩并具有很高的分辨率。一般可直接用在关节上，无需减速齿轮，但是很贵而且很笨重。 五 伺服电机 定义：通过改变电流（或相应的电压），可以在期望点上维持转速-力矩的平衡的系统叫做伺服电机。 输出力矩： KT为力矩常数，Tf为摩擦力矩，nKD为粘性阻尼力矩, TL为负载力矩。 原理：伺服电机是指带有反馈的直流电机、交流电机、无刷电机或者步进电机，他们通过控制以期望的转速（和相应地期望转矩）运动到达期望转角。 反馈：反馈装置向伺服电机控制器发送信号，提供电机的角度和速度。伺服电机的反馈环节离不开各种传感器，包括编码器、旋转变压器、电位器和转速计等。 伺服电机控制器原理图 六 步进电机 每次转动步进角度已知，一般使用时不需要反馈。 大多数步进电机可以通过不同的连接方式运动于不同的工作模式下。 步进电机直接接通电源不会旋转。只有当电流通过不同的绕组使磁场旋转时，步进电机才会旋转。 步进电机通电而不旋转时，本身力矩最大，叫做保持力矩。 * * 第6章 驱动控制 机器人的子系统主要包括： 1 处理子系统 工作环境、人、将执行的任务环境、其它机器人及工作运动单元； 2 规划子系统 概念的形成、传感信息处理及集成、世界模型的建立、任务模型建立及规划、轨迹规划、避碰、夹持规划等。 3 控制子系统 力学模型、处理模型、坐标传递、开闭环控制等。 4 电气子系统 电机、计算机、接口、传感器、动力源等； 5 机械子系统 机械臂、手爪、腕、移动车、驱动器、连杆、关节、齿轮、齿条、链条等； 6 传感子系统 内部的：位置、速度、加速度、力、力矩等； 外部的：视觉、接触觉、声觉、化学等。 机器人各子系统主要功能为： 1 处理子系统 将机器人执行的任务细化成一系列机器人所能够执行的步骤。 2 规划子系统 包含建模、理解处理和规划智能处理过程。在建模阶段，来自传感器的数据用该任务的数学模型融合并形成一个参考模型。使用这个参考模型，理解处理阶段选择策略以执行该任务。规划阶段将这些策略转换成机器人控制程序。 3 控制子系统 执行上述转换的程序。 4 电气子系统 对于电动驱动器，将来自控制子系统的驱动器数据输入给电气子系统。而一般的液压和气动驱动器一般是由电动控制阀控制，也可以用电动驱动器控制方法实现。这个子系统也包含计算机、接口和动力源。 5 机械子系统