機器人學—機器人驅(qū)動器7機器人驅(qū)動器一、引言二、機器人驅(qū)動器的基本性能要求三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用原則四、液壓驅(qū)動器五、氣動驅(qū)動器六、電機驅(qū)動器七、新型驅(qū)動器

機器人驅(qū)動器是驅(qū)動機器人關(guān)節(jié)做直線或旋轉(zhuǎn)運動，以使機器人達到預定的姿態(tài)、位置、速度和加速度的動力裝置。

主要分為液壓、氣動和電氣驅(qū)動器。液壓缸一、引言1、概述液壓馬達氣缸電機

近年來，隨著一些新型機器人的出現(xiàn)，如軟體機器人，微納機器人等，傳統(tǒng)的驅(qū)動器逐漸難以滿足要求，不同原理的新型驅(qū)動不斷涌現(xiàn)。一、引言2、現(xiàn)狀人工肌肉壓電陶瓷7機器人驅(qū)動器一、引言二、機器人驅(qū)動器的基本性能要求三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用原則四、液壓驅(qū)動器五、氣動驅(qū)動器六、電機驅(qū)動器七、新型驅(qū)動器二、機器人驅(qū)動器的基本性能要求通常包括的基本要求：

1.重量輕

2.功率密度大

3.適度的剛度

此外，針對不同類型的機器人，驅(qū)動器的性能也有不同要求，如體積、功耗、能量利用率、可靠性、噪聲等。

機器人驅(qū)動器相當于人的肌肉，其主要作用是驅(qū)動關(guān)節(jié)和構(gòu)件產(chǎn)生期望的運動，各種應用場景對機器人的運動速度、加速度、運動精度、運動范圍等性能都有一定的要求，而對機器人的體積、重量、輸入功率等都有一定限制。因此，為實現(xiàn)對機器人的驅(qū)動，驅(qū)動器的性能指標必須滿足一定的要求。7機器人驅(qū)動器一、引言二、機器人驅(qū)動器的基本性能要求三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用原則四、液壓驅(qū)動器五、氣動驅(qū)動器六、電機驅(qū)動器七、新型驅(qū)動器三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用1、主要類型（i）液壓驅(qū)動器

一種利用液體傳遞壓力來產(chǎn)生力和運動的動力傳輸方式。其允許在封閉的空間和管道內(nèi)進行，且傳動與控制可以同時存在。具有動力大、響應快速、耐沖擊、防爆性好等優(yōu)點，但液壓系統(tǒng)易漏油，且液壓元件成本較高，不過維修方便。BigDog液壓驅(qū)動機器狗(波士頓動力)三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用1、主要類型（ii）氣動驅(qū)動器

一種利用壓縮空氣作為能源來產(chǎn)生機械運動的設備。具有污染小、反應迅速以及成本低等優(yōu)點，但是，由于空氣的可壓縮性，相比液壓驅(qū)動，其輸出力和力矩較為有限，適用于承載能力和慣量要求不高的場合，且精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)伺服控制，還會產(chǎn)生排氣噪聲。氣壓驅(qū)動機器人(FESTO)三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用1、主要類型（iii）電氣驅(qū)動器

一種利用各種電動機產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地由機械傳動機構(gòu)去驅(qū)動機器人本體的執(zhí)行機構(gòu)。具有高效的能量轉(zhuǎn)換、靈活的控制能力、良好的環(huán)保性和廣泛的應用范圍等優(yōu)點，但成本高，維修較復雜。電氣驅(qū)動機器人(KUKA)三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用2、選用原則

機器人驅(qū)動系統(tǒng)的選用，應根據(jù)性能要求、控制功能、運行的功耗、應用環(huán)境及作業(yè)要求、性能價格比以及其他因素綜合加以考慮。在充分考量各種驅(qū)動系統(tǒng)特點的基礎上，并保證機器人性能規(guī)范、可行性和可靠性的前提下，做出決定。選用原則大致如下：

1.控制方式：需考慮控制方式（如有限點位控制、任意點位和連續(xù)軌跡控制）；負載要求；控制精度要求等。

2.作業(yè)環(huán)境要求：需考慮是否需要防爆；耐腐蝕性；在易燃易爆氣體和放射性物質(zhì)中工作；環(huán)境潔凈需求等。

3.操作運行速度：綜合考慮速度和精度要求。7機器人驅(qū)動器一、引言二、機器人驅(qū)動器的基本性能要求三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用原則四、液壓驅(qū)動器五、氣動驅(qū)動器六、電機驅(qū)動器七、新型驅(qū)動器1、基本原理四、液壓驅(qū)動器

根據(jù)帕斯卡原理，進油腔內(nèi)的油壓與連接的泵壓縮后液體壓力相等，出油腔油壓與相連接的油箱油壓相等，液壓缸的驅(qū)動力為：

其中，S1

、S2為液壓缸中活塞有效作用面積。液壓驅(qū)動器基于帕斯卡原理，通過密閉液體傳遞壓力實現(xiàn)動力轉(zhuǎn)換。1、基本原理四、液壓驅(qū)動器

液壓驅(qū)動器包含液壓缸和液壓馬達兩大類，其中液壓缸又分為線性液壓缸和擺動液壓缸兩種，其根據(jù)供油方向、用途的不同還可以繼續(xù)分。

液壓缸在液壓系統(tǒng)中的作用是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，使機械實現(xiàn)往復直線運動或擺動運動，在液壓系統(tǒng)中的應用較為廣泛。液壓驅(qū)動器常見液壓缸類型1、基本原理四、液壓驅(qū)動器

液壓缸的重要參數(shù)包括活塞運動速度、輸出力、壓力、流量、功率與效率等。我們以單活塞桿液壓缸為例，一起計算一下部分參數(shù)。（i）工作負載

液壓缸工作負載FR是指工作機構(gòu)在滿負載下，以一定速度起動時，對液壓缸產(chǎn)生的總阻力，即：

其中，F(xiàn)1為工作機構(gòu)的負載、自重等對液壓缸產(chǎn)生的作用力；

Ff為工作機構(gòu)在滿負載下起動時的靜摩擦力；

Fg為工作機構(gòu)滿負載起動時慣性力。

注意：液壓缸推力F應等于或略大于其工作時阻力。1、基本原理四、液壓驅(qū)動器（ii）壓力

液壓缸工作壓力指液壓缸在實際工作中為克服負載阻力所需的壓力，即：

其中，F(xiàn)R為作用在活塞上的載荷；

A為活塞的有效工作面積；

Fg為工作機構(gòu)滿負載起動時慣性力。壓力P是由載荷的存在而產(chǎn)生的。在同一個活塞的有效工作面積上，載荷越大，克服載荷所需要的壓力就越大。如果活塞的有效工作面積一定，油液壓力越大，活塞產(chǎn)生的作用力就越大。1、基本原理四、液壓驅(qū)動器（ii）壓力

額定壓力（公稱壓力）PN，是液壓缸能用以長期工作的壓力，應符合或接近規(guī)定的數(shù)值。最高允許壓力Pmax，也是動態(tài)試驗壓力，是液壓缸在瞬間所能承受的極限壓力。通常規(guī)定：在液壓系統(tǒng)中，為便于選擇液壓元件和設計管路，壓力根據(jù)額定壓力劃分為如表7所示的各等級：級別低壓中壓中高壓高壓超高壓額定壓力/MPa0~2.5>2.5~8>8~16>16~32>321、基本原理四、液壓驅(qū)動器（iii）活塞運動平均速度和輸出力

無桿腔活塞的有效面積A1為:無桿腔活塞的有效面積A1為:（1）無桿腔進油，有桿腔回油

活塞向右移動，則活塞平均運動速度V1為：

活塞輸出作用力為：

當回油直接排回油箱時，回油腔壓力（背壓）很小時，可以忽略不計，則:1、基本原理四、液壓驅(qū)動器（2）有桿腔進油，無桿腔回油

活塞向左移動，則活塞平均運動速度V2為：

活塞輸出作用力為：

若背壓可以忽略不計，則:（iii）活塞運動平均速度和輸出力1、基本原理四、液壓驅(qū)動器（iii）活塞運動平均速度和輸出力其中，qv為輸入液壓缸的油流量；D為活塞直徑;

d為活塞桿直徑;

ηcV為液壓缸容積效率，當有密封件密封時，泄漏量很小，

可以近似取ηcV

=1；

P1

、P2為液壓缸進、回油壓力。單活塞桿液壓缸兩個油腔的有效作用面積不相等，兩個油腔的輸人流量不變的情況下，活塞的往返速度也不相等；兩個油腔的輸人壓力不變的情況下，活塞能夠提供的作用力也不相等。1、基本原理四、液壓驅(qū)動器（3）差動油缸

活塞向右移動，則活塞平均運動速度V3為：

活塞輸出作用力為：（iii）活塞運動平均速度和輸出力

差動連接時，有效作用面積是活塞桿的橫截面面積。與非差動連接相比，無桿腔進油時，在輸入油液壓力和流量相同的條件下，活塞桿伸出速度較大而推力較小。1、基本原理四、液壓驅(qū)動器（iv）液壓缸的功和功率

液壓缸所做的功W可以表示為：

其中，F(xiàn)是液壓缸的載荷（推力或拉力）;S是活塞行程的長度。

液壓缸的功率N與它的工作效率有關(guān)，計算公式為：

其中，p代表工作壓力;

qv代表單位時間內(nèi)流過某一截面的體積流量。2、基本結(jié)構(gòu)四、液壓驅(qū)動器

液壓驅(qū)動系統(tǒng)通常由液壓源、驅(qū)動器、控制閥、傳感器和控制器組成。2、基本結(jié)構(gòu)四、液壓驅(qū)動器

系統(tǒng)中各個元件的基本功能如下：液壓泵：為系統(tǒng)提供高壓液體；

電機：用于驅(qū)動液壓泵；

冷卻系統(tǒng)：用于系統(tǒng)散熱；液壓缸或液壓馬達等液壓驅(qū)動器：用于產(chǎn)生所需驅(qū)動關(guān)節(jié)的力和力矩；

儲液箱：用于存儲系統(tǒng)所需的液體，包括所有額外的高壓液和液壓驅(qū)動器的回流液；

各種閥門：包括用于控制方向和流量的伺服閥、比例閥、電磁閥等，用于控制系統(tǒng)最大壓力，保證安全的溢流閥、安全閥等，以及在液壓系統(tǒng)斷開后用于制動的鎖緊閥等等；

連接管路：用于輸送驅(qū)動系統(tǒng)的液體輸送；

過濾系統(tǒng)：用于維持液體的純度和潔凈度，防止對系統(tǒng)造成傷害。

傳感器：用于液壓控制系統(tǒng)中的反饋，包括位置、速度、接觸等傳感器。2、基本結(jié)構(gòu)四、液壓驅(qū)動器

常見的液壓元件：3、控制系統(tǒng)四、液壓驅(qū)動器

液壓驅(qū)動器的控制系統(tǒng)基本組件包括輸入裝置、檢測反饋組件、比較組件及轉(zhuǎn)換放大裝置、執(zhí)行器和受控對象等部分。（i）控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)3、控制系統(tǒng)四、液壓驅(qū)動器（i）控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)組件功能說明輸入裝置根據(jù)系統(tǒng)動作要求，給出指令信號并輸入系統(tǒng)常見的有機械模板、電位器、信號發(fā)生器或程序控制器、計算機等檢測反饋元件用于檢測系統(tǒng)的輸出量并轉(zhuǎn)換成反饋信號，與輸入信號進行比較，構(gòu)成反饋控制各類傳感器用作檢測元件比較元件將反饋信號與輸入信號進行比較，產(chǎn)生偏差信號，作為放大裝置的輸入與輸入元件、反饋檢測元件或放大裝置一起，同時完成比較、反饋或放大轉(zhuǎn)換放大裝置將偏差信號的能量形式進行變換并加以放大，輸入到執(zhí)行機構(gòu)各類液壓控制放大器、伺服閥、比例閥、數(shù)字閥等執(zhí)行器用于驅(qū)動受控對象液壓缸、液壓馬達等受控對象

機器人執(zhí)行機構(gòu)等液壓能源為系統(tǒng)提供驅(qū)動負載所需的具有壓力的液流，是系統(tǒng)的動力源液壓泵站或液壓源等3、控制系統(tǒng)四、液壓驅(qū)動器

液壓控制系統(tǒng)類型復雜，分類方式也多種多樣。（i）控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

（1）按照被控物理量的不同，液壓反饋控制系統(tǒng)可以分為位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)、力控制系統(tǒng)和其他物理量控制系統(tǒng)。

（2）按照控制方式分類，包含開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，其區(qū)別在于檢測反饋元件的引入與否。

（3）按照液壓控制元件分類，液壓反饋控制系統(tǒng)可以分為閥控系統(tǒng)（節(jié)流控制方式）和泵控系統(tǒng)（容積控制方式）。

除此之外，還有線性和非線性，連續(xù)和非連續(xù)系統(tǒng)等分類方式。3、控制系統(tǒng)四、液壓驅(qū)動器（i）控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)開環(huán)系統(tǒng)較為穩(wěn)定，成本低，但不抗干擾，適用于控制精度要求不高的場合；閉環(huán)控制系統(tǒng)由于加入了檢測反饋，具有抗干擾能力，對系統(tǒng)參數(shù)變化不太敏感，控制精度高，響應速度快，但要考慮穩(wěn)定性問題，且成本較高，多用于系統(tǒng)性能要求較高的機器人驅(qū)動控制場合。3、控制系統(tǒng)四、液壓驅(qū)動器（i）控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)閥控系統(tǒng)組件是液壓控制閥，具有響應快、控制精度高的優(yōu)點，缺點是效率低，適合中小功率快速高精度控制系統(tǒng)使用。泵控系統(tǒng)實質(zhì)是用控制閥去控制變量液壓泵的變量機構(gòu)，由于無節(jié)流和溢流損失，故效率高，且剛性大，但響應速度慢，適用于功率大而響應速度要求不高的機器人驅(qū)動。3、控制系統(tǒng)四、液壓驅(qū)動器

電液伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)是由電氣信號處理單元與液壓功率輸出單元組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它綜合了電氣和液壓控制兩方面的優(yōu)點，具有控制精度高、響應速度快、信號處理靈活、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊、功率/質(zhì)量比大等特點。（ii）電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)

電液伺服驅(qū)動工業(yè)機器人系統(tǒng)通過電液伺服閥、比例閥等進行電液轉(zhuǎn)換和功率放大，它們與其他液壓動力機構(gòu)可組成電液伺服電動機、電液伺服液壓缸等多種電液伺服動力機構(gòu)，電液伺服電動機和電液伺服液壓缸可分離或一體。常用的電液伺服動力機構(gòu)是電液伺服液壓缸和電液伺服擺動電動機；回轉(zhuǎn)執(zhí)行器（RSA）是一種電液伺服機構(gòu)，可安裝在機器人手臂和手腕關(guān)節(jié)上實現(xiàn)直接驅(qū)動，兼具關(guān)節(jié)機構(gòu)和動力元件的功能。3、控制系統(tǒng)四、液壓驅(qū)動器（ii）電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)

機器人單軸的電液伺服系統(tǒng)框圖如下：4、典型應用四、液壓驅(qū)動器

機體結(jié)構(gòu)整體為四足結(jié)構(gòu)，每條腿都有4個自由度，每個自由度的關(guān)節(jié)由液壓執(zhí)行器提供動力，分別包括一個小腿、一個動力膝關(guān)節(jié)、兩個臀關(guān)節(jié)（x和y向）。在足端底部有力傳感器，用于感知與地面接觸力的大小；小腿腿部安裝有彈簧，用于緩沖與地面的相互作用力，減少機身因為運動產(chǎn)生的顛簸。軀體部分搭載了電源、動力系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)等動力系統(tǒng)和核心控制部件。BigDog四足機器人4、典型應用四、液壓驅(qū)動器

BigDog液壓動力系統(tǒng)主要組成部分包括：汽油發(fā)動機、變量活塞泵、液壓油箱、油壓總路、蓄電池、16個電液伺服閥和16個子液壓執(zhí)行器。

電液伺服閥的調(diào)壓包括三種情況：等壓、減壓、增壓。運動控制系統(tǒng)最終發(fā)送給每個電液伺服閥的指令參數(shù)包括：油壓值和流量。液壓驅(qū)動系統(tǒng)示意圖4、典型應用四、液壓驅(qū)動器BigDog的驅(qū)動器部分BigDog的動力源

BigDog所用動力源是水冷的二沖程內(nèi)燃發(fā)動機。其每個驅(qū)動器都集成了位移傳感器和壓力傳感器，同時采用了具有低摩擦力流體動密封的液壓缸，并由一臺兩級電液伺服閥進行控制。4、典型應用四、液壓驅(qū)動器

具有功率輸出大，原始發(fā)動機12.5kW；高油壓(20.68MPa)；多支路分配輸出；電液伺服閥響應頻率高(1000Hz)；伺服閥控制精度高；抗沖擊載荷強和密封性好等優(yōu)點。BigDog四足機器人7機器人驅(qū)動器一、引言二、機器人驅(qū)動器的基本性能要求三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用原則四、液壓驅(qū)動器五、氣動驅(qū)動器六、電機驅(qū)動器七、新型驅(qū)動器1、基本原理五、氣動驅(qū)動器

根據(jù)帕斯卡原理，進氣腔內(nèi)的氣壓與空氣壓縮機輸入氣壓P1

相等，排氣腔氣壓與相連接的氣體回收裝置氣壓P2相等，氣缸的輸出力為：

其中，S1

、S2

為氣缸中活塞有效作用面積。

氣動驅(qū)動與液壓驅(qū)動原理類似，只是驅(qū)動介質(zhì)由液體變?yōu)閴嚎s空氣，以此操作機構(gòu)運動。1、基本原理

氣動驅(qū)動器主要包括氣缸和氣動馬達，另外還有一些特殊形式的執(zhí)行元件，例如氣動摩擦離合器、氣爪、真空元件等。

氣缸的類型很多，按活塞兩面受壓狀態(tài)，氣缸可以分為單作用氣缸和雙作用氣缸；按功能氣缸又可分為普通氣缸和特殊氣缸。五、氣動驅(qū)動器1、基本原理

氣缸的工作特性是指氣缸輸出力、氣缸內(nèi)壓力的變化以及氣缸的運動速度等靜態(tài)和動態(tài)特性。（i）氣缸輸出力

無桿腔活塞的有效面積A1為:無桿腔活塞的有效面積A1為:

單作用式氣缸只有進氣腔通入氣體，氣缸輸出推力為：其中，f為摩擦阻力（包括活塞與氣缸以及活塞桿和氣缸密封圈等）；m為運動構(gòu)件質(zhì)量；a為運動構(gòu)件加速度；L0為活塞位移L和彈簧預壓縮量的總和；Ks為彈簧剛度；P1

為進氣腔氣壓。五、氣動驅(qū)動器1、基本原理（i）氣缸輸出力

雙作用式氣缸進氣腔和排氣腔都通入氣體，氣缸輸出推力為：其中，f為摩擦阻力（包括活塞與氣缸以及活塞桿和氣缸密封圈等）；m為運動構(gòu)件質(zhì)量；a為運動構(gòu)件加速度；A1

、A2為進氣腔工作面積和排氣腔工作面積；P1

、P2為進氣腔氣壓和排氣腔氣壓。

通常用下式計算雙作用氣缸活塞推力，即：其中，η為氣缸效率，一般取η

=0.8~0.9。五、氣動驅(qū)動器1、基本原理（ii）氣缸的壓力特性

氣缸的壓力特性是指氣缸內(nèi)壓力變化的情形。氣缸壓力特性曲線

氣缸通常分為進氣腔和排氣腔兩部分，向進氣腔通入壓縮空氣時，排氣腔排出空氣。存在工作負載時，活塞的起動需要兩個腔的壓力差所形成的力能夠克服工作負載；無工作負載時，活塞的運動所需要的壓力僅需0.02～0.05MPa。五、氣動驅(qū)動器1、基本原理（iii）氣缸速度

由于進氣腔和排氣腔壓力變化比較復雜，因而活塞所受合力變化也比較復雜，同時氣體具有可壓縮性，這使得氣缸保持準確的運動速度是比較困難的。但是在行程中段，氣缸運動趨于穩(wěn)定，氣缸的平均運動速度可按進氣量大小求得：其中，qv

為壓縮空氣體積流量；A為活塞有效面積。氣缸在一般工作條件下，其平均速度約為0.5m/s。五、氣動驅(qū)動器2、基本結(jié)構(gòu)

一個典型的氣壓驅(qū)動系統(tǒng)包括：空氣壓縮機、氣源處理單元、控制閥、執(zhí)行器（如氣缸或氣動馬達）、以及輔助元件（如油水分離器、減壓閥、過濾器）等核心部件。單桿雙作用氣缸結(jié)構(gòu)和運動狀態(tài)示意圖五、氣動驅(qū)動器2、基本結(jié)構(gòu)五、氣動驅(qū)動器元件名稱說明氣源包括空氣壓縮機、儲氣罐、氣水分離罐、調(diào)壓器、過濾器等氣動三聯(lián)件指分水濾氣器、調(diào)壓器、油霧器三部分氣動閥包括電磁氣閥、節(jié)流調(diào)速閥等氣動執(zhí)行器直線氣缸、擺動氣缸、氣動馬達等空氣壓縮機負責產(chǎn)生并提供連續(xù)的壓縮空氣流；氣源處理單元則對產(chǎn)生的壓縮空氣進行冷卻、干燥和凈化，確保干凈且符合要求的氣體進入系統(tǒng)；控制閥負責精確地控制氣體流向及流量，以實現(xiàn)不同的動作和速度；執(zhí)行器則將氣壓能量轉(zhuǎn)換成機械運動來完成各種任務；而輔助元件則保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，使整個工作流程更加順暢和高效。

機器人氣動驅(qū)動系統(tǒng)常用的元件：2、基本結(jié)構(gòu)

常見的氣動元件：五、氣動驅(qū)動器3、控制系統(tǒng)

氣動驅(qū)動器控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)的目標是控制氣動執(zhí)行器（如氣缸、閥門等）的運動，以實現(xiàn)特定的工業(yè)自動化任務，通常由傳感器部分、控制部分、執(zhí)行器部分、供氣部分組成。五、氣動驅(qū)動器名稱功能傳感器部分用于感知氣動執(zhí)行器的位置、速度、壓力、溫度等參數(shù)，以便系統(tǒng)可以準確地控制執(zhí)行器的運動?？刂撇糠职刂破鳎ㄍǔＪ荘LC，可編程邏輯控制器）和執(zhí)行器驅(qū)動器等組件，用于根據(jù)傳感器反饋信息來控制氣動執(zhí)行器的運動。執(zhí)行器部分包括氣缸、閥門等氣動執(zhí)行器，實際執(zhí)行控制系統(tǒng)下達的指令。供氣部分包括空壓機、氣源處理裝置等，用于提供控制系統(tǒng)所需的壓縮空氣。3、控制系統(tǒng)

氣動驅(qū)動器控制系統(tǒng)常見的類型包括：①單向控制系統(tǒng)：控制氣動執(zhí)行器單向的運動，比如控制氣缸的伸縮動作。②雙向控制系統(tǒng)：控制氣動執(zhí)行器雙向的運動，可以實現(xiàn)氣缸的前進和后退動作。③比例控制系統(tǒng)：通過調(diào)節(jié)控制器輸出的氣壓大小，實現(xiàn)對氣動執(zhí)行器運動的精準控制，可用于需要精準位置控制的場景。④序列控制系統(tǒng)：能夠按照預先設定的順序控制多個氣動執(zhí)行器的運動，實現(xiàn)復雜的工藝流程控制。⑤閉環(huán)控制系統(tǒng)：通過不斷地對傳感器反饋信息進行監(jiān)控和調(diào)整，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r響應外部變化，提高控制精度和穩(wěn)定性。五、氣動驅(qū)動器3、控制系統(tǒng)執(zhí)行元件可以是氣缸或氣動馬達、容器和噴嘴等將空氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的元件。比例控制閥作為系統(tǒng)的電-氣壓轉(zhuǎn)換的接口元件，實現(xiàn)對執(zhí)行元件供給氣壓能量的控制?？刂破髯鳛槿藱C的接口，起著向比例控制閥發(fā)出控制量指令的作用。它可以是單片機、微機及專用控制器等。比例控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成五、氣動驅(qū)動器4、典型應用

氣動機械手由多個氣動執(zhí)行器組成，每個執(zhí)行器負責不同的關(guān)節(jié)動作。對于整個機械手而言，其主要動作為升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等，其中伸縮、升降和爪部通常使用的是直線氣缸，擺動使用的是三位擺動氣缸。五、氣動驅(qū)動器氣動機械手整體結(jié)構(gòu)與氣動手爪7機器人驅(qū)動器一、引言二、機器人驅(qū)動器的基本性能要求三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用原則四、液壓驅(qū)動器五、氣動驅(qū)動器六、電機驅(qū)動器七、新型驅(qū)動器1、基本原理六、電機驅(qū)動器

電機的基本原理是利用電磁感應定律實現(xiàn)電能與機械能的轉(zhuǎn)換。根據(jù)安培定律：其中，B為磁場強度，I為導線中的電流大小，L為導線在磁場中的長度，α

為導線與磁感線方向的夾角。

電機的工作主要涉及到定子和轉(zhuǎn)子兩大組件。定子是指電機中靜止的部分，可以為固定磁場的永磁鐵或通電的繞組線圈。轉(zhuǎn)子則是能夠轉(zhuǎn)動的部分，也可以是永磁鐵或線圈，在與定子產(chǎn)生的相互電磁力作用下，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并高速旋轉(zhuǎn)。1、基本原理六、電機驅(qū)動器（i）電機的分類

電機可以按照不同的標準進行分類:(1)按結(jié)構(gòu)和工作原理分：直流電機、異步電機（感應電機）、同步電機、步進電機、伺服電機等；(2)按工作電源分：有直流電動機和交流電動機兩大類；(3)按轉(zhuǎn)速和功率分：可分為高速、低速電機，大功率、小功率電機等；(4)按轉(zhuǎn)動方式分：分為旋轉(zhuǎn)電機和直線電機。1、基本原理六、電機驅(qū)動器（ii）電機選用要求要求說明快速性電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間短。響應指令信號的時間越短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性越高，快速響應性能越好，一般是以伺服電動機的機電時間常數(shù)的大小來衡量伺服電動機快速響應的性能起動轉(zhuǎn)矩/慣量比大在驅(qū)動負載的情況下，要求機器人的伺服電動機的起動轉(zhuǎn)矩高，轉(zhuǎn)動慣量小；起動轉(zhuǎn)矩/慣量比是衡量伺服電動機動態(tài)特性的一個重要指標控制特性的連續(xù)性和直線性隨著控制信號的變化，電動機的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比輕巧性體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短高可靠性可在惡劣環(huán)境下使用，可進行十分頻繁的正反轉(zhuǎn)和加減速運行，并能在短時間內(nèi)承受過載調(diào)速范圍寬能適用于1：1000甚至更高的調(diào)速范圍2、直流電機六、電機驅(qū)動器（i）基本原理與結(jié)構(gòu)

直流電機是一種將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的電動機，其工作原理基于洛倫茲力的作用，通過電流在磁場中產(chǎn)生的力矩來驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程。根據(jù)有無換相機械電刷分為有刷直流電機和無刷直流電機。2、直流電機六、電機驅(qū)動器（ii）主要參數(shù)

用永磁體產(chǎn)生磁場的直流電機，其輸出力矩T與磁通量?和轉(zhuǎn)子繞組中的電流I成正比，于是：其中，kt稱為力矩常數(shù)，α

是材料常數(shù)。

因為在永磁體中磁通量是常數(shù)，所以輸出力矩就變成了i的函數(shù)，要控制輸出力矩的大小，就必須改變電流i(或相應的電壓)。2、直流電機六、電機驅(qū)動器（ii）主要參數(shù)

如果在定子中用帶繞組的軟鐵心代替永磁體，那么輸出力矩就是轉(zhuǎn)子繞組電流irotor和定子繞組電流istator兩者的函數(shù)：其中，kt和kf均為常數(shù)。

假如在能量轉(zhuǎn)換過程中沒有能量損失，那么總的能量輸入就應該等于能量輸出，因而有:

進而有:

該式表明，電壓E正比于電機的角速度ω。這個電壓稱為電機的反電動勢，它是由繞組切割磁場產(chǎn)生的，所以這個電壓跨越在電機兩端。2、直流電機六、電機驅(qū)動器（ii）主要參數(shù)

由于實際上轉(zhuǎn)子繞組既有電阻又有電感，因此可以寫出下面的方程：整理上述公式得：

L/R稱為電機的阻抗，一般較小。為簡化分析，忽略上式微分項得：

上式表明，當輸人電壓增加時，電機的輸出力矩也隨之增加。同時它也說明，當角速度增加時，由于反電動勢而使力矩減小。六、電機驅(qū)動器（i）基本原理與結(jié)構(gòu)

交流電機是將交流電能轉(zhuǎn)換為機械能的電動機，其原理是基于電磁感應現(xiàn)象，通過交變磁場產(chǎn)生的感應電流來驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，通常分為異步電機和同步電機兩種類型。三相交流電機繞組及電流波形3、交流電機3、交流電機六、電機驅(qū)動器（ii）主要參數(shù)

電機磁場的磁極數(shù)常用磁極對數(shù)p來表示，對于三相異步電動機而言，極對數(shù)不同時，電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也不同，具體關(guān)系為：其中，n0即為同步轉(zhuǎn)速；f1

為電流的交流電源頻率。注意：電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必定低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速。

同步電機的轉(zhuǎn)速

n與交流電源頻率

f和定子的磁極對數(shù)

p有關(guān)，可表示為：n=60f/p同步電機的轉(zhuǎn)子是由永磁體或者繞組構(gòu)成，定子磁場在轉(zhuǎn)子和定子之間會產(chǎn)生一個恒定的轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子能夠與定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場同步運轉(zhuǎn)。六、電機驅(qū)動器（ii）主要參數(shù)

異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n0之差是保證異步電動機工作的必要因素。這兩個轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率s，即：其中，n0為同步轉(zhuǎn)速；n

為異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

由于異步電動機的轉(zhuǎn)速n<n0，且n0>0，故轉(zhuǎn)差率

0<s<1。對于常用的異步電動機，在額定負載時的額定轉(zhuǎn)速nN很接近同步轉(zhuǎn)速，所以它的額定轉(zhuǎn)差率很小，約0.01~0.07，s有時也用百分數(shù)表示。3、交流電機六、電機驅(qū)動器（ii）主要參數(shù)

電機的額定轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)速和功率相關(guān)，在忽略電機的機械損耗時，額定轉(zhuǎn)速nN、額定功率PN以及額定轉(zhuǎn)矩TN的關(guān)系為：式中，PN單位為kW，nN單位為r/min，TN單位為N?m。3、交流電機六、電機驅(qū)動器（iii）電機調(diào)速調(diào)速是指在負載不變的情況下，用人為的方法改變電動機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的定義，異步電動機的轉(zhuǎn)速為：上式表明，改變電動機的磁極對數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s和電源的頻率f1均可以對電動機進行調(diào)速。3、交流電機六、電機驅(qū)動器（iii）電機調(diào)速（1）改變磁極對數(shù)異步電動機的磁極對數(shù)由定子繞組的布置和連接方法決定，改變每相繞組的連接方法可改變磁極對數(shù)，進而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

一般異步電動機制造出來后，其磁極對數(shù)是不能隨意改變的。3、交流電機六、電機驅(qū)動器（iii）電機調(diào)速（2）改變轉(zhuǎn)差率同一負載轉(zhuǎn)矩下轉(zhuǎn)子電路電阻越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)子電路電阻不同有不同的轉(zhuǎn)速。此時旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n0沒有改變，故屬于改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方法。

這種調(diào)速方法比較簡單，但因調(diào)速電阻中要消耗電能，不甚經(jīng)濟，而且轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻后，機械特性變軟低速時負載稍有變化，轉(zhuǎn)速變化較大，所以經(jīng)常用于調(diào)速時間不長的機械，如起重機等。（3）變頻調(diào)速通過調(diào)節(jié)電源頻率，可使同步轉(zhuǎn)速n0與電源頻率f成正比變化，從而實現(xiàn)對電動機進行平滑、寬范圍和高精度的調(diào)速。3、交流電機六、電機驅(qū)動器（i）基本原理與結(jié)構(gòu)

伺服電機(ServoMotor)是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的電動機，是一種輔助馬達間接變速裝置，具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性。伺服電機包括直流伺服和交流伺服電機兩種類別。4、伺服電機六、電機驅(qū)動器（i）基本原理與結(jié)構(gòu)4、伺服電機永磁同步電動機結(jié)構(gòu)剖面示意圖

永磁同步電動機本體是由定子和轉(zhuǎn)子組成。永磁同步電動機的定子指的是電動機在運行時不動的部分，主要是由硅鋼片、三相對稱分布的繞組、固定鐵心用的機殼以及端蓋等部分紹其結(jié)構(gòu)和異步電動機的定子結(jié)構(gòu)基本相同。而轉(zhuǎn)子是指電動機在運行時可轉(zhuǎn)動的部分，通常由磁極鐵心、勵磁繞組、永磁磁鋼及磁軛等部分組成。伺服電機帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器，用于檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度信號。六、電機驅(qū)動器（i）基本原理與結(jié)構(gòu)4、伺服電機伺服電機反饋控制系統(tǒng)原理圖

基于傳感器的反饋信號，可對伺服電機進行控制，使其按期望的轉(zhuǎn)速和力矩運動到達期望的轉(zhuǎn)角。六、電機驅(qū)動器（i）基本原理與結(jié)構(gòu)4、伺服電機常見傳感器：六、電機驅(qū)動器（ii）伺服電機特點與分類4、伺服電機（1）直流伺服電動機與交流伺服電動機相比，直流伺服電動機啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速廣且不受頻率及極對數(shù)限制（特別是電樞控制的），機械特性線性度好，從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，功率損耗小，具有較高的響應速度、精度和頻率，優(yōu)良的控制特性；但其要借助電刷及整流子，電刷和換向器的存在增大了摩擦轉(zhuǎn)矩，換向火花帶來了無線電干擾，除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制，壽命較低，需要定期維修，使用維護較麻煩直流伺服電動機通過電刷和換向器產(chǎn)生的整流作用，使磁場磁動勢和電樞電流磁動勢正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其電樞大多為永磁鐵。六、電機驅(qū)動器（ii）伺服電機特點與分類4、伺服電機（1）直流伺服電動機直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理與一般直流電動機相類似六、電機驅(qū)動器（ii）伺服電機特點與分類4、伺服電機（1）直流伺服電動機種類結(jié)構(gòu)特點性能特點用途小慣量直流永磁伺服電動機轉(zhuǎn)子多為細長形，沒有齒槽電動機的慣量小，理論加速度大，快速反應性好，低速性能好，故一般調(diào)速比可以做到1：104范圍。但低速輸出轉(zhuǎn)矩不夠大，散熱較差，轉(zhuǎn)向器也較易損壞適用于對快速性能要求嚴格而負載轉(zhuǎn)矩不大的場合無刷繞組直流永磁伺服電動機（盤式電動機）轉(zhuǎn)子由薄片形繞組疊裝而成，各層繞組按一定連接方式接成閉環(huán)，整個轉(zhuǎn)子無鐵心，具有軸向平面氣隙轉(zhuǎn)動慣量小，快速響應性能好；轉(zhuǎn)子無鐵損，效率高，換向性能好：壽命長；負載變化時轉(zhuǎn)速變化率小，輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)可以頻繁起制動、正反轉(zhuǎn)工作，響應迅速。適用于機器人、數(shù)控等機電一體化產(chǎn)品大慣量直流永磁伺服電動機（力矩電動機）勵磁方便調(diào)整，易于安排補償繞組和換向極輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩波動小，力學特性硬度大，可以長期工作在堵轉(zhuǎn)條件下適用于要求驅(qū)動轉(zhuǎn)矩較大的場合，并且對負載慣性匹配問題不明顯六、電機驅(qū)動器（ii）伺服電機特點與分類4、伺服電機（2）交流伺服電動機

永磁同步交流伺服電動機比異步伺服電動機容易控制。具備十分優(yōu)良的低速性能，并可實現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應了高性能伺服驅(qū)動的要求。交流伺服電動機分為同步交流伺服電機和異步交流伺服電機。

交流伺服異步電動機結(jié)構(gòu)堅固，制造容易，價格低廉。但由于該系統(tǒng)采用矢量變換控制，相對永磁同步電動機伺服系統(tǒng)來說控制比較復雜，而且電動機低速運行時還存在著效率低、發(fā)熱嚴重等技術(shù)問題。六、電機驅(qū)動器（iii）伺服電機的驅(qū)動控制4、伺服電機（1）直流伺服電機控制方式主要有兩種：勵磁式控制和電壓式控制。1）電機的控制

勵磁式控制方式是通過改變定子繞組勵磁磁通大小來改變電機的轉(zhuǎn)速。該方式會受到電機自身因素的影響，從而導致較差的系統(tǒng)動態(tài)性能以及較小的調(diào)速范圍。

電壓式控制是指保持電機的勵磁磁通不變，通過調(diào)整加在電樞上電壓的大小來改變電機轉(zhuǎn)速。通常采用該方式來控制直流伺服電機的轉(zhuǎn)速。六、電機驅(qū)動器（iii）伺服電機的驅(qū)動控制4、伺服電機（1）直流伺服電機1）電機的控制電樞控制線路圖勵磁繞組接于恒定電壓Uf，控制電壓Uc接到電樞兩端。則直流伺服電動機的機械特性為：式中，Ce

為電勢常數(shù)，Cm為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，ra為電樞電阻，Φ

為每極的磁通。六、電機驅(qū)動器（iii）伺服電機的驅(qū)動控制4、伺服電機（1）直流伺服電機1）電機的控制設Φ=CΦ

Uf為比例系數(shù)，a=Uc/Uf信號系數(shù)，則：當控制電壓與勵磁電壓相等時，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為：當T=0,a=1時，空載理想轉(zhuǎn)矩為：,六、電機驅(qū)動器（iii）伺服電機的驅(qū)動控制4、伺服電機（1）直流伺服電機1）電機的控制故當信號系數(shù)為常數(shù)時，直流伺服電機的機械特性和調(diào)速特性為線性的。機械特性和調(diào)速特性六、電機驅(qū)動器（iii）伺服電機的驅(qū)動控制4、伺服電機（1）直流伺服電機1）電機的控制直流伺服電機等效電路圖在不考慮電機參數(shù)變化和死區(qū)效應的條件下，得到電樞回路的電勢平衡方程為：其中，La為電樞回路電感;

Ra為電樞回路電阻;

u(t)為電樞電壓;w(t)為電機角速度;Mc(t)為負載力矩;ea(t)為電機旋轉(zhuǎn)時電樞兩端的反電動勢;ia(t)為電樞電流;

M(t)為電機旋轉(zhuǎn)時的電磁力矩。六、電機驅(qū)動器（iii）伺服電機的驅(qū)動控制4、伺服電機（1）直流伺服電機2）直流伺服電機的驅(qū)動電路直流PWM伺服驅(qū)動器原理框圖直流伺服電動機驅(qū)動器多采用脈寬調(diào)制(PWM)伺服驅(qū)動器，其電源電壓為固定值，由大功率晶體管GTR、MOS管或IGBT作為開關(guān)元件，以固定的開關(guān)頻率動作。但其輸出的脈沖寬度可以隨電路控制而改變。通過改變脈沖寬度以改變加在電動機電極兩端的平均電壓，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。六、電機驅(qū)動器（iii）伺服電機的驅(qū)動控制4、伺服電機（2）交流伺服電機同步交流伺服電機驅(qū)動器原理框圖

交流同步伺服電動機驅(qū)動器通常采用電流型脈寬調(diào)制(PWM)三相逆變器和具有電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度環(huán)為外環(huán)的多環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)。六、電機驅(qū)動器（i）基本結(jié)構(gòu)

力矩電機目前主要有直流力矩電機、三相異步力矩電機和交流永磁力矩電機。直流力矩電動機是一種永磁式低速直流伺服電動機,它的外形和普通直流伺服電動機完全兩樣。5、力矩電機永磁式直流力矩電動機的結(jié)構(gòu)示意圖六、電機驅(qū)動器（ii）性能特點5、力矩電機

（1）機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度（2）力矩波動小,低速下能穩(wěn)定運行

在力矩電動機中同樣也存在著電樞反應的去磁作用，而且它的去磁程度與電樞電流或負載轉(zhuǎn)矩有關(guān),它將導致機械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性。為了提高特性的線性度,通常磁路設計成高飽和狀態(tài),并選用磁導率小、回復線較平的永磁材料做磁極,同時選取較大的氣隙。

在力矩電動機中同樣也存在著電樞反應的去磁作用，而且它的去磁程度與電樞電流或負載轉(zhuǎn)矩有關(guān),它將導致機械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性。為了提高特性的線性度,通常磁路設計成高飽和狀態(tài),并選用磁導率小、回復線較平的永磁材料做磁極,同時選取較大的氣隙。

力矩波動是指力矩電動機轉(zhuǎn)子處于不同位置時,堵轉(zhuǎn)力矩的峰值與平均值之間存在的差值,它是力矩電動機重要性能指標。六、電機驅(qū)動器（i）特點與分類

步進電動機是將電脈沖傳導變換為相應的角位移或直線位移的元件。它的角位移量或線位移量與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖頻率成正比。在負載能力的范圍內(nèi)，這些關(guān)系不因電源電壓、負載大小環(huán)境條件的波動而變化。誤差不長期積累，步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)可以在較寬的范圍內(nèi)，通過改變脈沖頻率來調(diào)速，實現(xiàn)快速起動，正反轉(zhuǎn)制動。6、步進電機步進電機與其驅(qū)動器實物圖六、電機驅(qū)動器（i）特點與分類6、步進電機類型說明VR型VR型步進電動機又稱磁阻反應式步進電動機，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)由軟磁材料或鋼片疊制而成。當定子的線圈通電后產(chǎn)生磁力，吸引轉(zhuǎn)子使其旋轉(zhuǎn)。該電動機在無勵磁時不會產(chǎn)生磁力，故不具備保持力矩。這種VR型電動機轉(zhuǎn)子慣量小，適用于高速下運行。永磁(PM)型永磁型步進電動機，其轉(zhuǎn)子采用了永久磁鐵。按照步距角的大小可分為大步距角和小步距角兩種，大步距角型的步距角為90°僅限于小型機種上使用，具有自啟動頻率低的特點，常用于陀螺儀等航空管制機器、計算機打字機、流量累計儀表和遠距離顯示器裝置上。小步距角型的步距角有7.5°，11.5°等，由于采用鈑金結(jié)構(gòu)其價格便宜，屬于低成本型的步進電動機。混合(HB)型此類步進電動機是將PM型和VR型組合起來構(gòu)成的電動機，它具有高精度、大轉(zhuǎn)矩和步距角小等許多優(yōu)點。步距角多為0.9°、1.8°、3.6°等，應用范圍從幾

的小型機到數(shù)千

的大型機。

從結(jié)構(gòu)特點進行分類，常用步進電機包含三種類型

除此之外，按照轉(zhuǎn)子運動方式，步進電機又分為旋轉(zhuǎn)式、直線式和平面式三種。六、電機驅(qū)動器（ii）工作原理6、步進電機

以混合型步進電機為例:

電機由定子模塊、轉(zhuǎn)子模塊、機殼模塊和端蓋模塊組成。定子鐵芯是凸極式磁極，且其表面有許多等間距小齒，上面還有多相定子線圈。轉(zhuǎn)子是由永磁體與表面有許多等間距小齒的轉(zhuǎn)子鐵心組成。轉(zhuǎn)子上裝的永磁體可以產(chǎn)生單向磁場。六、電機驅(qū)動器（ii）工作原理6、步進電機

當改變定子線圈導通狀態(tài)，電機轉(zhuǎn)子將重新停留在新的平衡位置。六、電機驅(qū)動器（ii）工作原理6、步進電機

由工作原理可知，按照一定規(guī)律給電機繞組通電，每次變化定子線圈的通斷情況，電機將轉(zhuǎn)過固定的角度θ，即步距角。步進電機步距角大小與供電規(guī)律、轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)系，其關(guān)系式如下：其中n為電機相數(shù)，Zr

為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。

步進電機具有固定分辨率。采用小步距角分幾步來完成一定增量運動的優(yōu)點是：運行時的過沖量小，振蕩不明顯，精度高。選用時應權(quán)衡系統(tǒng)的精度和速度要求。步距角的誤差不會長期積累，只與輸入脈沖信號數(shù)相對應。六、電機驅(qū)動器（iii）步進電機的驅(qū)動6、步進電機

步進電動機所用的驅(qū)動器，主要包括脈沖發(fā)生器、環(huán)形分配器和功率放大器等幾部分。

脈沖發(fā)生器可以按照起動、制動及調(diào)速要求，改變控制脈沖的頻率，以控制步進電動機的轉(zhuǎn)速。

環(huán)形分配器是控制步進電動機各繞組的通電次序以決定步進電動機的轉(zhuǎn)動(在機器人控制系統(tǒng)中多由計算機來實現(xiàn)其功能)。功率放大器將環(huán)形分配器輸出的毫安級電流放大至安培級以驅(qū)動步進電動機六、電機驅(qū)動器7、電機驅(qū)動器的典型應用

常見的工業(yè)機器人品牌包括KUKA、安川、FANUC、ABB等，產(chǎn)品多樣，系列完備，并且多采用電機作為機器人的驅(qū)動方式，結(jié)合控制器，組成驅(qū)動控制系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛。

電機作為機器人運動的核心部件，通常安裝在機器人的關(guān)節(jié)處。SCARA機器人包括三個關(guān)節(jié)，每個關(guān)節(jié)具有一個轉(zhuǎn)動自由度，末端關(guān)節(jié)還具備推動執(zhí)行桿進行直線運動的能力。這些電機負責實現(xiàn)機器人的靈活移動和精確定位。ABB的SCARA機器人7機器人驅(qū)動器一、引言二、機器人驅(qū)動器的基本性能要求三、機器人驅(qū)動器的主要類型與選用原則四、液壓驅(qū)動器五、氣動驅(qū)動器六、電機驅(qū)動器七、新型驅(qū)動器七、新型驅(qū)動器1、壓電驅(qū)動器

壓電效應是指某些晶體材料在受到機械應力時會產(chǎn)生電荷分離，從而在其表面產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象。不僅包括正壓電效應，即由機械應變產(chǎn)生電壓，還包括逆壓電效應，即施加電場引起材料的機械形變。（i）基本概念七、新型驅(qū)動器1、壓電驅(qū)動器

壓電驅(qū)動是一種利用逆壓電效應將電能轉(zhuǎn)換為機械能的技術(shù)，具有精度高、響應速度快、出力大、電磁兼容性優(yōu)異等特性，但目前還存在成本偏高、規(guī)模小及產(chǎn)業(yè)鏈不完整等問題。（i）基本概念七、新型驅(qū)動器1、壓電驅(qū)動器

壓電驅(qū)動的致動原理就是利用壓電陶瓷等材料地逆壓電效應，當其受到外部電場的作用時，會產(chǎn)生微小的機械變形，這種機械變形可用于實現(xiàn)微小尺度范圍內(nèi)納米精度位移的直接輸出。（ii）基本原理與結(jié)構(gòu)壓電直接變形的致動原理七、新型驅(qū)動器1、壓電驅(qū)動器（ii）基本原理與結(jié)構(gòu)壓電材料坐標系

z軸與電極化軸方向一致，沿x、y、z軸的正應力分量分別由下標1、2、3來表示，沿軸的剪應力分量分別由下標4、5、6來表示，則應力張量為：

則壓電陶瓷在受到應力T和外加電場E共同作用產(chǎn)生的應變?yōu)椋浩渲蠸為柔度系數(shù)，d為壓電系數(shù)矩陣。七、新型驅(qū)動器1、壓電驅(qū)動器

諧振位移驅(qū)動器通過壓電材料的諧振來產(chǎn)生運動，包括：基于摩擦的超聲波電機、非接觸式超聲波電機、蠕動式電機、壓電-電流復合型步進電機。（iii）主要類型

壓電驅(qū)動器的主要類型包括剛性位移驅(qū)動器和諧振位移驅(qū)動器。

剛性位移驅(qū)動器的主要模式有：壓電陶瓷堆疊式驅(qū)動器、壓電屈曲式驅(qū)動器、壓電屈撓式驅(qū)動器、壓電柱式驅(qū)動器、壓電盤式驅(qū)動器。

此外，壓電驅(qū)動器還可以根據(jù)工作原理分為接觸式和非接觸式兩種。

接觸式通?；谀Σ猎砉ぷ鳎环墙佑|式則利用聲懸浮等技術(shù)來實現(xiàn)無接觸的運動。七、新型驅(qū)動器1、壓電驅(qū)動器（iv）典型應用

基于摩擦耦合的致動原理可以通過微小步距重復累積的方式實現(xiàn)大行程輸出。工作過程中存在兩個能量轉(zhuǎn)換過程：通過逆壓電效應將電能轉(zhuǎn)換為定子微觀運動的機械能：通過摩擦耦合將定子的微觀運動轉(zhuǎn)換為動子的宏觀運動，超聲波電機原理及結(jié)構(gòu)圖七、新型驅(qū)動器2、磁致伸縮驅(qū)動器

調(diào)節(jié)激勵線圈輸入交流電流的大小，產(chǎn)生激勵磁場控伸縮棒伸長或縮短，當與直流電流產(chǎn)生的偏置磁場方向一致時，合成磁場加強，致動器輸出正位移，當激勵磁場與偏置磁場方向相反時，合成磁場弱于偏置磁場，致動器輸出負位移；采用碟簧預緊結(jié)構(gòu)伸縮棒施加一定的預壓力，使伸縮棒獲得更大伸縮量；使用導磁套、導磁環(huán)和導磁片形成閉合磁路，可減少磁