机器人关节伺服驱动及运动实现技巧

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：机器人关节伺服驱动单元包括交流伺服电动机和交流伺服驱动器，如图5-5-7所示。在速度控制形式中，要求对交流伺服电动机在各种运行状态下的速度加以控制，以满足负载的工作要求，保证在定位时不产生振荡，保证焊接过程中焊接速度的稳定性。

从机器人的工作原理可见，机器人的运动精度是由各个关节的角位移精度决定的。每一个关节都是一个独立的位置伺服机构。

焊接机器人多采用交流伺服电动机驱动。机器人关节伺服驱动单元包括交流伺服电动机和交流伺服驱动器，如图5-5-7所示。

机器人关节的位置控制采用三层闭环回路来实现，如图5-5-8所示。最内部是电流环，电流环外面是速度环，最外面一层是位置环。

位置和速度反馈传感器是安装在交流伺服电动机轴的非负载端的光电编码器。

闭环控制中的电流环可以控制由于机器人变负载引起的电流突变，使电枢线圈中的电流在幅值和相位上都得到有效控制，从而达到保护设备、提高机器人运行稳定性的目的。

速度闭环控制通常采用比例积分控制。它的输出为电流指令（直流量）。在速度控制形式中，要求对交流伺服电动机在各种运行状态下的速度加以控制，以满足负载的工作要求，保证在定位时不产生振荡，保证焊接过程中焊接速度的稳定性。

图5-5-7 交流伺服电动机和交流伺服驱动器

a）交流伺服电动机和驱动器 b）驱动器工作原理

图5-5-8 位置控制的原理图

位置闭环控制可以保证焊接时的重复位置精度、轨迹重复精度、绝对位置精度和绝对轨迹精度等。当给定运动脉冲数时，交流伺服电动机能以较高的转动精度保证弧焊机器人末端执行器的精确位置（电动机驱动误差小于1.75‰）。

在一个伺服周期（插补时间间隔）内，由插补算法和机器人逆运动学算法计算出关节控制输出角度值，由机器人系统各关节的运动减速比及电动机码盘的分辨率求得对应的控制脉冲数，然后根据伺服周期将控制脉冲数转换为所需的分频系数和计数初值并送入基于PC总线的脉冲发生器，脉冲发生器在伺服周期内向伺服驱动器均匀发出驱动脉冲，实现机器人系统关节运动的平稳控制。

图5-5-9是KUKA机器人公司网站上提供的4、5、6三个关节的驱动机构。

图5-5-9 机器人后三关节运动的实现方式

a）4、5、6关节示意图 b）4关节运动实现 c）5关节运动实现 d）6关节运动实现

机器人关节伺服驱动及运动实现技巧

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