機(jī)器人的控制系統(tǒng)ppt課件-資料下載頁
2025-01-19 02:10本頁面
【正文】 ? (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(jìn)電動機(jī)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(jī)輸出控制。 ? (4) 輸出信號為數(shù)字信號，可以與計算機(jī)直接接口。 ? (5) 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可靠性好，壽命長。 一、步進(jìn)電動機(jī) ? 步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)主要由 步進(jìn)電動機(jī)控制器、功率放大器及步進(jìn)電動機(jī) 組成。 硬件步進(jìn)電動機(jī)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(jī)的各個繞組上，使電動機(jī)按既定的方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置。隨著計算機(jī)和軟件技術(shù)的發(fā)展， 硬件步進(jìn)電動機(jī)控制器的功能逐步由軟件來代替。 二、直流伺服電動機(jī) ? 20世紀(jì) 80年代以前，機(jī)器人廣泛采用直流伺服電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。直流伺服電動機(jī)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(diǎn)。 ? 但是，直流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)上 具有電刷和換向器 ，需要定期更換電刷和進(jìn)行維修，電動機(jī)使用壽命短，噪聲大。尤其是直流電動機(jī)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(jī)向高速、大容量方向發(fā)展。在一些具有可燃?xì)怏w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(jī)，如井下作業(yè)等。所以近年來，隨著交流技術(shù)的發(fā)展，直流伺服電動機(jī)正越來越多地被交流伺服電動機(jī)所取代。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(jī)。 二、直流伺服電動機(jī) ? 直流伺服電動機(jī)廣泛使用 晶體管脈寬調(diào)制 (PWM)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速驅(qū)動。晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)具有頻帶寬，電動機(jī)脈動小，電源功率因數(shù)高，動態(tài)特性好的優(yōu)點(diǎn)。 ? PWM是利用大功率晶體管的開關(guān)作用， 將恒定的直流電源電壓斬成一定頻率的方波電壓，并加在直流電動機(jī)的電樞上，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的一種方式。 為了滿足小型直流電動機(jī)的應(yīng)用需要，各半導(dǎo)體廠商紛紛推出 直流電動機(jī)驅(qū)動專用集成電路 。 三、交流伺服電動機(jī) ? 交流伺服電動機(jī)正得到越來越廣泛的應(yīng)用，大有取代直流電動機(jī)之勢。 ? 交流伺服電動機(jī)除了不具有直流伺服電動機(jī)的缺點(diǎn)外，還具有轉(zhuǎn)子慣量較直流電動機(jī)小，動態(tài)響應(yīng)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(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。一般同樣體積下，交流電動機(jī)的輸出功率可比直流電動機(jī)高出 10%～ 70%。另外，交流電動機(jī)的容量可做得比直流電動機(jī)大，達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速和電壓。 ? 目前在機(jī)器人系統(tǒng)中， 90%的系統(tǒng)采用交流伺服電動機(jī)。 控制理論與算法 ? 機(jī)器人運(yùn)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 。所以機(jī)器人末端執(zhí)行器的運(yùn)動必須分解到各個軸的分運(yùn)動，即執(zhí)行器運(yùn)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，由各軸伺服系統(tǒng)的獨(dú)立控制來完成。 機(jī)器人分解運(yùn)動的速度控制 ? 分解運(yùn)動的速度控制要求各伺服系統(tǒng)的驅(qū)動器以不同的分速度同時聯(lián)合運(yùn)行，能保證機(jī)器人末端執(zhí)行器沿笛卡兒坐標(biāo)軸穩(wěn)定地運(yùn)行。 控制時先把末端執(zhí)行器期望的笛卡兒位姿分解為各關(guān)節(jié)的期望速度，然后再對各關(guān)節(jié)進(jìn)行伺服控制。這種控制方法稱為分解運(yùn)動速度控制。 ?????????????????????????????????nzyxqqqJzyx???????21??? 機(jī)器人分解運(yùn)動的加速度控制 ? 機(jī)器人分解運(yùn)動的加速度控制是分解運(yùn)動速度控制概念的擴(kuò)展，其方法是把機(jī)器人末端執(zhí)行器在笛卡兒坐標(biāo)系下的加速度值分解為關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下相應(yīng)各關(guān)節(jié)的加速度，這樣根據(jù)相應(yīng)的系統(tǒng)動力學(xué)模型就可以計算出所需施加到各關(guān)節(jié)電動機(jī)上的控制力矩。 ? ? qqJV ???? ?qJVJq ????? ??? ? 1? ? ? ? qqJqqJV ????? ???? 機(jī)器人分解運(yùn)動的加速度控制 ? 實際上，加速度控制的目標(biāo)是實現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的實際位姿或使軌跡與期望值之間的誤差逐漸收斂為零。 ? ? ? ?X J q q J q q? ? ? ?de X X??12 0e k e k e? ? ? 力和力矩的控制 ? 分解運(yùn)動的力和力矩控制的基本思路是確定加于機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動器上的控制力矩，從而實現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器在笛卡兒坐標(biāo)下的位姿和速度控制。力和力矩控制的依據(jù)是機(jī)器人的動力學(xué)模型，其計算方法是對逆動力學(xué)的求解。
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