机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置「工业机器人电气控制系统的构成」

今天带来机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置「工业机器人电气控制系统的构成」，关于机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置「工业机器人电气控制系统的构成」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

现有移动机器人大多通过电力来驱动整个系统。

以双轮差速驱动的移动机器人为例，其电气驱动原理一般如图1所示。这种将伺服电机与减速器结合的驱动方式使得车轮的转速是在电机转速经过了减速器的减速比得到的，由于增加了机械传动中间过渡环节的损耗，使得整个系统传动效率降低。此外，由于伺服驱动电机占用了车体内部很大的空间，使得其他零部件在车轮轴向的布置变得困难，而且拆装、维修也不方便。

图1

新型电气驱动系统采用了轮毂式电机代替以往的驱动电机，其工作原理如图2所示，由于轮毂式电机的转子是线圈外转子，这样轮毂电机就将转矩直接传递给车轮，避免了机械传动过程中能量的损耗，同时使得车轮内部元器件布置的自由度增加，减轻了车轮总成的质量。

图2

一、移动机器人的动力电池

移动机器人的动力电池总的说来主要有：镍氢电池、铅酸蓄电池和锂电池这三种。

1.镍氢电池

选用镍氢电池做动力能源的一般是一些低档的玩具类机器人。玩具类机器人不需要大容量和大电流放电，但对安全要求则相对比较高，对成本要求比较低，镍氢电池刚好符合了这些方面的要求。

2.铅酸蓄电池

铅酸蓄电池很笨重，装在移动机器人上非常不便，所以铅酸蓄电池很少应用在移动机器人上。铅酸蓄电池单体一致性比较好，应用成本比较低，技术比较成熟，一般较多用做备用电源。铅酸蓄电池对环境的污染比较严重，目前正在逐渐被锂电池所代替。

3.锂电池

锂电池是近年来发展起来的一种动力电池，具有能量密度高、体积小、寿命长、自放电率低等优点，被广泛应用于各类移动机器人，如服务机器人、娱乐机器人、特种机器人等。

二、移动机器人的电池管理系统

电池使用中有一定的危险性，主要表现为：

1.电池在充电过程中，如果充电电压超过电压阈值，电池会发生损坏甚至爆炸；

2.电池在工作过程中，如果在低于电压阈值的情况下继续放电，会损坏电池；

3.电池在工作过程中，如果长期处于安全温度范围以外，会影响电池寿命，甚至发生自燃。

为避免以上危险情况的发生，很有必要使用电池管理系统（BMS）。BMS能对 电池进行管理和控制，实时监测电池的电压、电流、温度等参数，防止电池过充、过放、过流等情况发生，增加电池的安全性和使用寿命。

电池管理系统是一个很复杂的部件，作为用户和电池之间的重要纽带，它对于我们掌握电池的实时情况，合理使用电池等方面都有很大的作用。

三、伺服电机的原理

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，分为直流和交流伺服电动机两大类。

伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移。因为伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了闭环，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，于是就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位。

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。

在性能上比较，交流伺服电机要优于直流伺服电机，交流伺服电机采用正弦波控制，转矩脉动小，容量可以比较大。直流伺服电机采用梯形波控制，相对差一些。同时，直流伺服电机中无刷伺服电机比有刷伺服电机要性能要好。

四、移动机器人伺服电机的控制

伺服电机一般为三个环控制，所谓三环就是三个闭环负反馈PID调节系统，以下分别介绍：

1.最内环是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相输出电流，负反馈给电流的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。

2. 第二环是速度环，通过检测伺服电机编码器的信号来进行负反馈PID调节，它的环内PID输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电流环，换句话说，任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流(转矩)的控制以达到对速度和位置的相应控制。

3.最外环是位置环，它是位置给定与调解环节，它的环内PID输出直接就是速度环的设定。其反馈信号既可取自电机编码器，也可取自最终负载，需根据实际情况确定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统进行了所有三个环的运算，此时的系统运算量最大，动态响应速度也最慢。