机器人驱动及控制

机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”,其研发、制造和应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业发展水平的重要标志。当前,机器人产业蓬勃发展、产业规模快速增长、技术水平持续提升、重点产业集群优势逐步显现,正极大改变着人类生产和生活方式,为经济社会发展注入强劲动力。 机器人正常动作需要各关节驱动器在控制系统的控制下正确驱动才能得以实现。本书围绕机器人常见驱动模式及控制方法展开介绍,主要讲述机器人电气、液压各驱动器的工作原理、工作特性和系统控制技术。全书共分为7章,分别是:绪论、机器人步进电动机驱动及控制、机器人直流伺服电动机驱动及控制、机器人交流伺服电动机驱动及控制、微型机器人压电电动机驱动及控制、液压控制元件基础、机器人电液伺服驱动及控制。读者通过本书的学习,可熟知和掌握机器人常用的电动机驱动、液压驱动与控制的基础理论、基本知识和基本技能,具备一定分析和解决机器人驱动与控制相关的工程技术问题的能力,了解这些技术的最新发展和应用前沿,为后续内容学习和机器人驱动系统创新设计奠定理论基础。 本书可作为高等院校机器人工程、机电工程类、电气自动化类及其他相关专业高年级本科生及研究生的教材,也可作为从事机器人驱动与控制、电液控制方面工作的工程技术人员的参考书。

高等院校教师

目录前言 第1章绪论1 本章学习目标1 11机器人的起源与发展简史1 111机器人的起源1 112机器人的发展简史2 12机器人的定义、特点与分类4 121机器人的定义和特点4 122机器人分类5 13机器人的发展现状9 131产品发展现状9 132技术发展13 14工业机器人的组成与技术参数14 141工业机器人系统的组成15 142工业机器人的技术参数17 15工业机器人的应用20 本章小结21 本章习题22 第2章机器人步进电动机驱动及控制23 本章学习目标23 21步进电动机概述23 22步进电动机的结构及性能要求25 221步进电动机的结构25 222步进电动机的性能要求27 23反应式步进电动机的工作原理27 231通电方式分析28 232小步距角步进电动机29 24混合式步进电动机的工作原理31 241两相混合式步进电动机结构31 242工作原理31 25步进电动机的基本特点33 26反应式步进电动机的运动特性36 261静态特性36 262动态特性41 263主要性能指标47 27步进电动机驱动控制48 271驱动控制器48 272功率驱动电路49 28步进电动机在六自由度切削机器人中的应用52 281应用概述52 282应用案例53 本章小结55 本章习题56 第3章机器人直流伺服电动机驱动及控制58 本章学习目标58 31概述59 32直流伺服电动机的基本结构和励磁方式60 321直流伺服电动机的基本结构60 322直流伺服电动机的励磁方式62 33直流伺服电动机的工作原理62 331工作原理概述62 332感应电动势和电磁转矩63 34直流伺服电动机的技术参数和运行特点65 341技术参数65 342运行特点66 35直流伺服电动机的控制方式和运行特性66 351控制方式66 352运行特性68 36直流伺服电动机的动态特性77 361直流伺服电动机过渡过程分析77 362机电时间常数与电动机参数的关系80 37特种直流伺服电动机81 371直流力矩电动机81 372低惯量型直流伺服电动机83 38直流伺服电动机在足球机器人中的应用85 381应用概述86 382应用案例86 本章小结89 本章习题90 第4章机器人交流伺服电动机驱动及控制92 本章学习目标92 41两相交流感应伺服电动机结构92 411概述92 412两相感应伺服电动机转子结构93 42两相交流感应伺服电动机工作原理94 421工作原理概述94 422两相绕组旋转磁场产生机理96 423旋转磁场的转向98 424旋转磁场的转速99 43两相交流感应伺服电动机的控制101 44圆形旋转磁场作用下的运行分析102 441电压平衡方程式的建立103 442获得圆形旋转磁场的条件106 443电磁转矩及机械特性108 45椭圆形旋转磁场及其分析方法113 451椭圆形旋转磁场的形成114 452椭圆形旋转磁场的分析115 46两相感应伺服电动机的静态特性118 461有效信号系数118 462不同有效信号系数时的机械特性119 463零信号时的机械特性和无自转现象121 464转速的控制与调节特性122 465堵转特性123 466机械特性实用表达式123 47电容伺服电动机的特性124 471励磁电压随转速的变化124 472机械特性和调节特性126 48两相感应伺服电动机主要技术数据和性能指标127 481主要技术数据127 482主要性能指标127 483两相感应伺服电动机与直流伺服电动机的性能比较129 49同步电动机131 491永磁式同步电动机133 492反应式同步电动机135 493电磁减速式同步电动机137 410交流伺服电动机在焊接机器人中的应用141 4101应用概述141 4102焊接机器人控制系统141 本章小结144 本章习题145 第5章微型机器人压电电动机驱动及控制147 本章学习目标147 51概述147 511压电电动机的发展简史148 512压电电动机的特点149 513压电电动机的分类149 514压电电动机的应用150 52微型压电电动机的驱动机理154 521压电效应概述154 522椭圆运动及其作用155 53行波型超声波电动机156 531电动机结构156 532电动机的工作原理157 533电动机转子的运动速度158 534电动机的运行特性159 54行波型超声波电动机的驱动与控制159 541驱动控制方法159 542驱动控制电路160 55其他构型的压电电动机161 551驻波型超声波电动机161 552直线型超声波电动机161 553多自由度超声波电动机162 554杆式压电电动机163 555旋转尺蠖压电电动机166 56压电电动机在关节机器人中的应用167 561关节机器人结构167 562关节机器人控制系统组成及控制方式168 563关节机器人的运动控制170 本章小结175 本章习题176 第6章液压控制元件基础177 本章学习目标177 61液压伺服控制系统概述177 611液压伺服控制系统的工作原理及组成178 612液压伺服控制的优缺点181 62液压控制阀结构及分类182 621圆柱滑阀182 622喷嘴挡板阀184 623射流管阀185 63滑阀静态特性分析185 64阀控系统的功率及效率196 65液压动力元件198 本章小结208 本章习题209 第7章机器人电液伺服驱动及控制211 本章学习目标211 71电液伺服阀的组成及分类211 711电液伺服阀的组成211 712电液伺服阀的分类212 72电液伺服阀结构和工作原理214 721单级电液伺服阀214 722两级电液伺服阀215 73电液伺服阀的特性和主要性能指标217 731静态特性217 732动态特性220 733输入特性221 74电液伺服系统222 741电液位置伺服系统222 742电液速度伺服系统232 743电液力伺服系统236 75电液驱动在BigDog四足仿生机器人中的应用239 751机体结构与运动特性240 752液压驱动系统241 753运动控制系统241 本章小结248 本章习题249 附录各章部分习题参考答案250 参考文献259