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工业机器人原理及应用详解( 二 )


2.同步交流伺服电机驱动器
与DC伺服电机驱动系统相比 ， 同步交流伺服电机驱动具有转矩惯性比高、无电刷和换向火花等优点 ， 在工业机器人中得到广泛应用 。
同步交流伺服电机驱动器通常采用电流型脉宽调制逆变器和以电流环为内环、速度环为外环的多闭环控制系统 ， 实现三相永磁同步伺服电机的电流控制 。根据其工作原理、驱动电流波形和控制方式 ， 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 。
矩形波电流驱动的永磁交流伺服电机称为无刷DC伺服电机 ， 正弦波电流驱动的永磁交流伺服电机称为无刷交流伺服电机 。
3.步进电机驱动器
步进电机是将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的元件 ， 其角位移和线位移与脉冲数成正比 。转速或线速度与脉冲频率成正比 。在负荷容量范围内 ， 这些关系不会因电源电压、负荷大小和环境条件的波动而改变 ， 误差不会长期累积 。步进电机驱动系统可以通过大范围改变脉冲频率来调节速度 ， 实现快速启动和正反转制动 。作为一种开环数字控制系统 ， 广泛应用于小型机器人中 。但由于其过载能力差、速度范围相对较小、低速运动时存在脉动和不平衡等缺点 ， 一般只用于小型或简单的机器人 。
步进电机中使用的驱动器主要包括脉冲发生器、环形分配器和功率放大器 ， 其原理框图如图2所示 。

工业机器人原理及应用详解

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4.直接驱动
所谓直接驱动(DD)系统 ， 就是电机直接与其驱动的负载耦合 ， 中间没有减速机构 。
与传统的电机伺服驱动相比 ， DD驱动减少了减速机构 ， 从而减少了减速机构在系统传动过程中产生的间隙和松动 ， 大大提高了机器人的精度 ， 减少了减速机构摩擦和传动扭矩脉动对机器人控制精度的降低 。由于上述优点 ， DD驱动具有良好的机械刚性 ， 可以高速高精度运动 ， 并且具有部件少、结构简单、易于维护、可靠性高等特点 ， 在高精度、高速工业机器人的应用中受到越来越多的关注 。
作为DD驱动技术的关键环节 ， DD电机及其驱动器 。它应具有以下特征:
(1)输出扭矩大:是传统驱动方式下伺服电机输出扭矩的50 ~ 100倍 。
(2)转矩脉动小:DD电机的转矩脉动可抑制在输出转矩的5% ~ 10%以内 。
(3)效率:与阻抗匹配合理的电机(传统驱动模式下)相比 ， DD电机工作在功率转换较差的工况下 。因此 ， 负载越大 ， 越倾向于选择更大的电机 。
目前DD电机主要分为变磁阻式和变磁阻混合式 ， 结构类型有以下两种:
(1)双定子结构的变磁阻DD电机；
(2)中心定子结构的变磁阻混合DD电机 。
5.特殊驱动
(1)压电致动器 。
众所周知 ， 应变式加速度传感器和超声波传感器是利用压电元件的电或电致伸缩现象制造的 。压电致动器可以利用电场将位移从几微米到几百微米控制到高于微米级的力 ， 因此压电致动器一般用于特殊用途的微型机器人系统 。
(2)超声波电机 。
(3)真空电机 。
用于超净环境的真空机器人 ， 如用于运输半导体晶片的超真空机器人 。


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