機器人驅(qū)動器整理v10(編輯修改稿)
2025-07-14 04:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計兩部分分析驅(qū)動器工作原理，并實現(xiàn)基于Mega128驅(qū)控一體式五路驅(qū)動器。對控制器最小系統(tǒng)進行分析：控制系統(tǒng)和功率變換電路采用雙電源設(shè)計，功率變換電路采用分布式電源方案；對旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理進行分析，討論了多種形式信號采集方法；功率變換電路由兩個半橋組成，分析了MOS管驅(qū)動電路和自舉電路；設(shè)計軟件框架，滿足模塊程序設(shè)計要求。在此基礎(chǔ)上，從硬件和軟件角度分析了驅(qū)動器可靠性。在一系列實驗中得出該機器人驅(qū)動器在工作模式上，對電機適應(yīng)性還有提升空間，而且對驅(qū)動器散熱設(shè)計進一步優(yōu)化，去掉風(fēng)扇，在自然條件下達到要求，擴大使用范圍。 a） 原理:步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件。步進電動機的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進運動。正常運動情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)步進運動時，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負載變化的影響[2]。b） 特點:目前常用的三種步進電機: (1)反應(yīng)式步進電動機(VR)。反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角?。坏珓討B(tài)性能差。 (2)永磁式步進電動機(PM)。永磁式步進電動機出力大，動態(tài)性能好；但步距角大. (3)混合式步進電動機(HB)?；旌鲜讲竭M電動機綜合了反應(yīng)式、永磁式步進電動機兩者的優(yōu)點，它的步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進電動機。它有時也稱作永磁感應(yīng)子式步進電動機。c) 應(yīng)用:隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展,步進電機廣泛應(yīng)用于數(shù)控領(lǐng)域和電子計算機的外圍設(shè)備中,《步進電機電子驅(qū)動器及其在機器人中的運用》a） 原理：在直線電機中通入三相電流后，會在氣隙中產(chǎn)生磁場，如果不考慮端部效應(yīng)，磁場在直線方向呈正弦分布，只是這個磁場是平移而不是旋轉(zhuǎn)的，因此稱為行波磁場。行波磁場與磁極相互作用便產(chǎn)生電磁推力，驅(qū)動動子沿定子作往復(fù)直線運動。b) 特點：由于系統(tǒng)中取消了一些時間響應(yīng)常數(shù)大的機械傳動件，所以系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)敏捷；通過直線位置檢測反饋控制，大大提高定位精度；由于“直接驅(qū)動”，避免了運動滯后現(xiàn)象，提高了傳動剛度；能實現(xiàn)啟動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停；行程長度不受限制，運動安靜，噪聲低，效率高。c) 應(yīng)用：專利《一種管道內(nèi)壁清潔機器人》《一種機器人的鎖合機構(gòu)》《一種剛/彈耦合的微型蠕動機器人》等。2液壓驅(qū)動a） 原理：由于液壓油液具有不可壓縮性，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓，傳遞，進而實現(xiàn)機械傳動。b） 特點：獲得較大的功率重量比，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，剛性好，定位精度高，平穩(wěn)，能有效防止過載現(xiàn)象發(fā)生；油液容易泄露，油液粘度多變，對環(huán)境溫度要求高，油液中容易混入雜質(zhì)。c） 應(yīng)用：適于在承載能力大，慣量大以及在防旱環(huán)境中工作的機器人中應(yīng)用。參考文獻《液壓驅(qū)動四足機器人的關(guān)節(jié)控制》《基于螺旋理論的冗余液壓驅(qū)動四足機器人運動學(xué)分析》3 氣壓驅(qū)動 a） 原理：以壓縮機為動力源，壓縮空氣為工作介質(zhì)，來進行能量傳遞和控制的驅(qū)動方式。b） 特點：由于壓縮空氣的粘性小，流速大，所以快速性好；氣源方便，一般工廠都有空氣壓縮站提供；廢氣直接排入大氣不會造成污染；通過調(diào)節(jié)氣量可實現(xiàn)無級變速；由于空氣的可壓縮性，氣壓系統(tǒng)具有很好的緩沖作用；結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，成本低；基于空氣的壓縮性，氣壓驅(qū)動很難保證很高的定位精度；向大氣排放廢氣時，會產(chǎn)生噪聲；因壓縮空氣含冷凝水，使得氣壓系統(tǒng)易銹蝕。c） 應(yīng)用：最常見的有生產(chǎn)線上氣動助力機械手；“小章魚”機器人是世界上第一個完全軟體的且自我驅(qū)動的機器人，參考文獻《全軟體自主機器人的一體化設(shè)計與制造策略》；3D打印軟體四足機器；氣動業(yè)全球領(lǐng)先廠商德國Festo會選推出各類昆蟲機器人，統(tǒng)稱費斯托昆蟲機器人。如下圖所示：圖31 自驅(qū)動軟體“小章魚”原理：世界上第一個完全軟體自驅(qū)動機器人
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