【正文】 前步距角一般可以做到 176。 ～ 176。 甚至更小 。 ?? 360/200=(單拍 /雙拍 /單 ,雙拍 ) 2022/2/9 104 步進電動機具有下列優(yōu)點 (續(xù) ) ? (2) 輸入和輸出呈嚴格線性關(guān)系 。 輸出角度不受電壓 、 電流及波形等因素的影響 ， 僅取決于輸入脈沖數(shù)的多少 (不完全是這樣 ,注意失步現(xiàn)象 )。 ? (3) 容易實現(xiàn)位置 、 速度控制 ， 起 、 停及正 、 反轉(zhuǎn)控制方便 。 步進電動機的位置 (輸出角度 )由輸入脈沖數(shù)確定 ， 其轉(zhuǎn)速由輸入脈沖的頻率決定 ， 正 、 反轉(zhuǎn) (轉(zhuǎn)向 )由脈沖輸入的順序決定 ， 而脈沖數(shù) 、 脈沖頻率 、 脈沖順序都可方便地由計算機輸出控制 。 2022/2/9 105 步進電動機具有下列優(yōu)點 (續(xù) ) ? (4) 輸出信號為數(shù)字信號 ， 可以與計算機 直接接口 (表達不完全準確 ,一般需功率驅(qū)動 )。 ? (5) 結(jié)構(gòu)簡單 ， 使用方便 ， 可靠性好 ， 壽命長 。 2022/2/9 106 步進電機的分類 ? 步進電動機按照勵磁方式分有反應式 、 永磁式和混合式 。 ? 這里以反應式步進電動機為例說明其工作原理 (略去 )。 2022/2/9 107 步進電機結(jié)構(gòu)原理圖 2022/2/9 108 步進電機工作方式 ? 三相單三拍通電方式 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 3176。 A→B→C→A→ … 順時針轉(zhuǎn)動 A→C→B→A→ … 逆時針轉(zhuǎn)動 ? 三相雙三拍通電方式 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 3176。 AB→BC→CA→AB→ … 順時針轉(zhuǎn)動 AC→CB→BA→AC→ … 逆時針轉(zhuǎn)動 ? 用三相六拍通電方式 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 176。 A→AB→B→BC→C→CA→A→ … 順時針轉(zhuǎn)動 A→AC→C→CB→B→BA→A→ … 逆時針轉(zhuǎn)動 2022/2/9 109 步進電動機運動系統(tǒng)的組成 ? 步進電動機運動系統(tǒng)主要由步進電動機控制器 、 功率放大器及步進電動機組成 。 ? 硬件步進電動機控制器由脈沖發(fā)生器 、 環(huán)形分配器 、 控制邏輯等組成 。 它的作用是把代表轉(zhuǎn)速的脈沖數(shù)分配到電動機的各個繞組上 ， 使電動機按既定的方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)到相應的位置 。 ? 隨著計算機和軟件技術(shù)的發(fā)展 ， 硬件步進電動機控制器的功能逐步由軟件來代替 (不完全是這樣 )。 ? 硬件環(huán)分 /軟件環(huán)分 ? L297+L298 控制與功率驅(qū)動 2022/2/9 110 二、直流伺服電動機 ? 20世紀 80年代以前 ， 機器人廣泛采用直流伺服電動機作為執(zhí)行機構(gòu) 。 ? 直流伺服電動機具有啟動轉(zhuǎn)矩大 ， 體積小 ， 重量輕 ， 轉(zhuǎn)速易控制 ， 效率高等優(yōu)點 。 ? 但是 ， 直流伺服電動機結(jié)構(gòu)上具有 電刷和換向器 ， 需要定期更換電刷和進行維修 ， 電動機 使用壽命短 ， 噪聲大 。 尤其是直流電動機的容量小 ， 電樞電壓低 ， 很多特性參數(shù)隨速度而變化 ， 限制了直流電動機向高速 、 大容量方向發(fā)展 。 ? 在一些具有可燃氣體的場合 ， 由于電刷換向過程中可能引起打火 ， 也不適合使用直流電動機 ， 如井下作業(yè)等 。 2022/2/9 111 直流伺服電機 (續(xù) ) ? 近年來 ， 隨著交流技術(shù)的發(fā)展 ， 直流伺服電動機正越來越多地被交流伺服電動機所取代 。 (直流無刷電機 ) ? 然而 ， 在一些中 、 小功率的場合 ， 還常使用永磁式直流伺服電動機 。 (特別是電池驅(qū)動的場合 ) 2022/2/9 112 直流伺服電動機的工作原理 (略 ) 2022/2/9 113 1．小慣量直流電動機 ? 小慣量直流電動機與一般直流電動機相比 ， 其轉(zhuǎn)子為光滑無槽的鐵心 ， 用絕緣粘合劑直接把線圈粘合在貼心表面上 ，且轉(zhuǎn)子長而直徑小 ， 氣隙尺寸比一般直流電動機大 10倍以上 ， 輸出功率一般在幾十瓦到 10 kW以內(nèi) ， 主要用于要求快速動作 、 功率較大的系統(tǒng) 。 小慣量直流電動機具有以下特點： ? (1) 轉(zhuǎn)動慣量小 ， 為一般直流電動機的 1/10。 ? (2) 由于氣隙大 ， 電樞反應小 ， 具有良好的換向性 ， 一般換向時間只有幾個毫秒 。 由于轉(zhuǎn)子無槽 ， 低速時電磁轉(zhuǎn)矩的波動小 ， 穩(wěn)定性好 ， 在速度低達 10?r/min時也無爬行現(xiàn)象 。 ? (3) 過載能力強 ， 一般可達額定值的 10倍 。 ? (4) 容許過載的持續(xù)時間不能太長 。 2022/2/9 114 2．大慣量寬調(diào)速電動機 ? 2． 大慣量寬調(diào)速電動機 ? 大慣量寬調(diào)速直流電動機在不改變一般直流電動機大轉(zhuǎn)動慣量的情況下用提高轉(zhuǎn)矩的方法來改善其動態(tài)特性 。 具有較好的輸出轉(zhuǎn)矩 /慣量比值 ， ? 可以在電動機內(nèi)裝測速發(fā)電機 、 旋轉(zhuǎn)變壓器 、 編碼器等測量裝置 。 大慣量寬調(diào)速直流電動機具有以下特點： ? (1) 輸出轉(zhuǎn)矩大 ? (2) 調(diào)速范圍寬 ? (3) 動態(tài)響應好 ? (4) 過載能力強 ? (5) 易于調(diào)試 2022/2/9 115 三、交流伺服電動機 ? 交流伺服電動機正得到越來越廣泛的應用 ， 大有取代直流電動機之勢 。 ? 交流伺服電動機除了不具有直流伺服電動機的缺點外 (電刷與換向器 )， 還具有轉(zhuǎn)子慣量較直流電動機小 ， 動態(tài)響應好 ， 能在較寬的速度范圍內(nèi)保持理想的轉(zhuǎn)矩 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ，運行可靠等優(yōu)點 ()。 ? 一般同樣體積下 ， 交流電動機的輸出功率可比直流電動機高出 10%～ 70%。 另外 ， 交流電動機的容量可做得比直流電動機大 ， 達到更高的轉(zhuǎn)速和電壓 。 ? 目前在機器人系統(tǒng)中 ， 90%的系統(tǒng)采用交流伺服電動機 。(主要指工業(yè)機器人 ) 2022/2/9 116 MOTOMAN UP6的運動控制 ? 一 、 概述 ? MOTOMAN UP6是日本安川公司 MOTOMAN系列工業(yè)機器人中的一種 ， 其運動控制系統(tǒng)采用專用的計算機控制系統(tǒng) 。 ? 該計算機控制系統(tǒng)完成系統(tǒng)伺服控制 、 操作臺和示教盒控制 、 顯示服務 、 自診斷 、 I/O通信控制 、 ? 坐標變換 、 插補計算 、 自動加速和減速計算及位置控制 、軌跡修正 、 多軸脈沖分配 、 平滑控制 、 原點開關(guān)位置檢測 、等眾多功能 。 2022/2/9 117 MOTOMAN UP6 工業(yè)機器人 ? 和目前大部分工業(yè)機器人一樣 ， MOTOMAN UP6采用 示教 再現(xiàn) (T/P)的工作方式 。 在示教和再現(xiàn)過程中 ， 計算機控制系統(tǒng)均處于 邊計算邊工作 的狀態(tài) ， ? 系統(tǒng)具有實時中斷控制和多任務處理功能 。 隨機處理工作過程中數(shù)據(jù)的傳輸 、 方式的切換 、 過沖報警 、 升溫報警等多種動作 ()。 ? 控制系統(tǒng)封裝成控制柜的形式 ， 控制柜名稱為 YASNAC XRC(以下簡稱 XRC)， 控制柜外形如圖 。 其正面有主電源開關(guān) 、 再現(xiàn)操作盒 ， 示教編程器通過電纜連接于其上 。 2022/2/9 118 控制柜 YASNAC XRC 2022/2/9 119 再現(xiàn)操作盒 ? 再現(xiàn)操作盒上主要設有再現(xiàn)機器人時所必須的操作鍵和按鈕 2022/2/9 120 示教編程器 ? 示教編程器上設有對機器人進行示教和編程所需的操作鍵 ，其結(jié)構(gòu)如圖 。 ? 示教編程器上部的 液晶顯示屏 為通用顯示區(qū)域 ， 用來顯示菜單 、 機器人工作狀態(tài)和機器人工作程序； ? 下部為 按鍵區(qū)域 ， 有軸操作鍵 、 數(shù)值鍵 /專用鍵 、 手動速度鍵 、 插補方式鍵 、 光標鍵 、 區(qū)域鍵 、 選擇鍵 、 翻頁鍵及回車鍵等 。 ? 軸操作鍵 對機器人的 6個軸進行正反兩個方向的操作 ， 這 6個軸分別為關(guān)節(jié)坐標系下的基本軸 (S軸 、 L軸和 U軸 )及腕部軸 (R軸 、 B軸和 T軸 )， 或者直角坐標系下的隨 X、 Y、 Z的移動和繞腕部三個方向的轉(zhuǎn)動 。 2022/2/9 121 示教編程器 (續(xù) ) 2022/2/9 122 二、 XRC的功能 ? MOTOMAN UP6的 XRC采用單元或模塊方式 。 ? 其位置控制方式采用絕對式編碼器的串行通信方式 ， 伺服系統(tǒng)驅(qū)動方式為 AC伺服驅(qū)動 ， 速度控制采用軟件 ?伺服控制方式 ? 內(nèi)存容量為可以容納 5?000個程序點 、 3?000條命令 。 2022/2/9 123 XRC的功能 (續(xù) ) ? XRC的主要功能可分為四個部分 第一部分為 操作功能 ， 主要包括 坐標系的選擇 、 示教點的修正 、 微調(diào)操作 、 軌跡確認 、 速度調(diào)整 、 時間設定 、快捷打開 、 接口 、 機器人用途設定操作等； 第二部分為 安全保護功能 ， 主要包括基本安全保護 、 運轉(zhuǎn)速度限制 、 安全開關(guān) 、 干涉區(qū)域監(jiān)視 、 自診斷 、 用戶報警 、 機械鎖定 、 門聯(lián)鎖等功能； 第三部分為 維護功能 ， 主要包括累計操作時間顯示 、 報警顯示 、 I/O狀態(tài)診斷 、 工具常數(shù)檢驗等； *第四部分為 編程功能 ， 主要包括編程方式 、 編程語言 、運動功能 、 速度設定功能 、 程序控制功能 、 作業(yè)命令 、變量及類型設置 、 I/O命令等功能 。 2022/2/9 124 XRC的功能 (續(xù) ) ? XRC的功能單元有電源單元 、 CPU單元 、 伺服單元和 I/O接通單元四大部分 。 ? (1) 電源單元 由伺服電源接觸器和線路濾波器構(gòu)成 。 ? (2) CPU單元 包含系統(tǒng)控制基板和控制電源的單元 ， 系統(tǒng)控制基板進行全系統(tǒng)的控制 、 示教編程器的顯示 、 操作鍵的管理 ， 操作控制 ， 提供插補運算的接口 ， 另外還 提供微機卡接口和 RS232C接口 ；控制電源的單元給 I/O接通單元和示教編程器提供 DC電源 。 2022/2/9 125 XRC的功能單元 ? (3) I/O接口單元 例如急?；芈?,超程和防碰撞傳感器等 . ? (4) 伺服單元 主要作用是 ,控制機器人 6個軸的伺服電動機 ， 還對整流器 、 伺服放大器以及 I/O接通單元的接通基板進行控制 。 2022/2/9 126 三、 XRC的外部軸控制 (有特色的功能 ) ? 一臺 MOTOMAN UP6機器人的控制系統(tǒng)除了控制本體的 6個關(guān)節(jié)軸外 ， 還可以有 另外 15個含有伺服驅(qū)動器和伺服電動機的伺服單元 ， 這 15個伺服系統(tǒng)稱為外部軸 。 ? 增加的 外部軸必須為安川公司提供的產(chǎn)品 才能與本體協(xié)調(diào)工作 。 ? 外部軸的作用是與機器人機械本體相配合 ， 使工件變位或移位 ， 達到機器人的最佳作業(yè)位置 。 2022/2/9 127 XRC的外部軸控制 (續(xù) ) (有特色的功能 ) ? 例如 ， 在焊接應用中可以增加二自由度的 變位機使工件多個側(cè)面處于最佳焊接位置 ， ? 增加 XY工作臺使機器人手部的行程范圍加大等 。 ? 如果增加 6個外部軸驅(qū)動另一臺機器人的本體 ， 還可 實現(xiàn)兩臺機器人的雙機協(xié)調(diào)控制 。 2022/2/9 128 控制理論與算法 ? 在機器人的運動學中 ， 已知機器人末端欲到達的位姿 ， 通過運動方程的求解可求出各關(guān)節(jié)需轉(zhuǎn)過的角度 。 ? 運動過程中 各個關(guān)節(jié)的運動并不是相互獨立的 ， 而是 各軸相互關(guān)聯(lián) 、 協(xié)調(diào)地運動 。 機器人運動的控制實際上是通過各軸伺服系統(tǒng)分別控制來實現(xiàn)的 。 ? 機器人末端執(zhí)行器的運動必須分解到各個軸的分運動 ， 即執(zhí)行器運動的速度 、 加速度和力或力矩必須分解為各個軸的速度 、 加速度和力或力矩 2022/2/9 129 以下內(nèi)容不要求 ? 機器人分解運動的速度控制 ? 機器人分解運動的加速度控制 ? 力和力矩的控制 2022/2/9 130 ? ? 第 5章 本章結(jié)束 !