机器人的伺服执行机构原理图一、步进电动机

一、步进电动机

　　　　　　　　　　

　　

将脉冲电信号转换为角位移或直线位移的一种D/A转换装置。接收一个电脉冲，步进电动机就带动机器人的关节轴转过一个相应的角度。步进电动机转过的角度与接收的脉冲数成正比。

步进电动机优点：

（1）输出角度精度高，无积累误差，惯性小。

当电动机旋转一周误差回到零。

(2) 输入和输出呈严格线性关系：

输出角度不受电压、电流及波形等因素的影响，仅取决于输入脉冲数的多少。

(3) 容易控制位置、速度，起、停及正、反转控制方便：

步进电动机的位置(输出角度)由输入脉冲数确定，其转速由输入脉冲的频率决定，正、反转(转向)由脉冲输入的顺序决定，而脉冲数、脉冲频率、脉冲顺序都可方便地由计算机输出控制。

(4) 输出信号为数字信号，可以与计算机直接接口。

(5) 结构简单，使用方便，可靠性好，寿命长。

三相反应式步进电动机结构原理图

　　　　1—定子绕组；2—定子铁心；3—转子；4—A相磁通

二、直流伺服电动机

　　直流伺服电动机具有启动转矩大，体积小，重量轻，转速易控制，效率高等优点。

但是，直流伺服电动机结构上具有电刷和换向器，需要定期更换电刷和进行维修，电动机使用寿命短，噪声大。

直流电动机的容量小，电枢电压低，很多特性参数随速度而变化，限制了直流电动机向高速、大容量方向发展。在一些具有可燃气体的场合，由于电刷换向过程中可能引起打火，也不适合使用直流电动机，如井下作业等。

在一些中、小功率的场合，还常使用永磁式直流伺服电动机。

　　　　　　　　　　　　直流伺服电动机的工作原理

　　直流伺服电动机晶体管脉宽调制(PWM)调速系统：

PWM是利用大功率晶体管的开关作用，将恒定的直流电源电压斩成一定频率的方波电压；通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，控制电动机转速

各半导体厂商纷纷推出直流电动机驱动专用集成电路，如美国Silicon General公司生产的半桥单片集成电路SG1635以及意大利DGS公司生产的全桥驱动L292等。

三、交流伺服电动机

　　交流伺服电动机除了不具有直流伺服电动机的缺点外，还具有转子惯量较直流电动机小，动态响应好，能在较宽的速度范围内保持理想的转矩，结构简单，运行可靠等优点。

一般同样体积下，交流电动机的输出功率可比直流电动机高出10%～70%。

流电动机的容量可做得比直流电动机大，达到更高的转速和电压。

目前在机器人系统中，90%的系统采用交流伺服电动机。

直流伺服电动机晶体管脉宽调制(PWM)调速系统：

PWM是利用大功率晶体管的开关作用，将恒定的直流电源电压斩成一定频率的方波电压；通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，控制电动机转速

各半导体厂商纷纷推出直流电动机驱动专用集成电路，如美国Silicon General公司生产的半桥单片集成电路SG1635以及意大利DGS公司生产的全桥驱动L292等。

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