读者通过本书的学习其研发、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111机器人的起源与发展简史1111机器人的起源1112机器人的发展简史212机器人的定义、特点与分类4121机器人的定义和特点4122机器人分类513机器人的发展现状9131产品发展现状9132技术发展1314工业机器人的组成与技术参数14141工业机器人系统的组成15142工业机器人的技术参数171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2321步进电动机概述2322步进电动机的结构及性能要求25221步进电动机的结构25222步进电动机的性能要求2723反应式步进电动机的工作原理27231通电方式分析28232小步距角步进电动机2924混合式步进电动机的工作原理31241两相混合式步进电动机结构31242工作原理3125步进电动机的基本特点3326反应式步进电动机的运动特性36261静态特性36262动态特性41263主要性能指标4727步进电动机驱动控制48271驱动控制器48272功率驱动电路4928步进电动机在六自由度切削机器人中的应用52281应用概述522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5831概述5932直流伺服电动机的基本结构和励磁方式60321直流伺服电动机的基本结构60322直流伺服电动机的励磁方式6233直流伺服电动机的工作原理62331工作原理概述62332感应电动势和电磁转矩6334直流伺服电动机的技术参数和运行特点65341技术参数65342运行特点6635直流伺服电动机的控制方式和运行特性66351控制方式66352运行特性6836直流伺服电动机的动态特性77361直流伺服电动机过渡过程分析77362机电时间常数与电动机参数的关系8037特种直流伺服电动机81371直流力矩电动机81372低惯量型直流伺服电动机8338直流伺服电动机在足球机器人中的应用85381应用概述863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9241两相交流感应伺服电动机结构92411概述92412两相感应伺服电动机转子结构9342两相交流感应伺服电动机工作原理94421工作原理概述94422两相绕组旋转磁场产生机理96423旋转磁场的转向98424旋转磁场的转速9943两相交流感应伺服电动机的控制10144圆形旋转磁场作用下的运行分析102441电压平衡方程式的建立103442获得圆形旋转磁场的条件106443电磁转矩及机械特性10845椭圆形旋转磁场及其分析方法113451椭圆形旋转磁场的形成114452椭圆形旋转磁场的分析11546两相感应伺服电动机的静态特性118461有效信号系数118462不同有效信号系数时的机械特性119463零信号时的机械特性和无自转现象121464转速的控制与调节特性122465堵转特性123466机械特性实用表达式12347电容伺服电动机的特性124471励磁电压随转速的变化124472机械特性和调节特性12648两相感应伺服电动机主要技术数据和性能指标127481主要技术数据127482主要性能指标127483两相感应伺服电动机与直流伺服电动机的性能比较12949同步电动机131491永磁式同步电动机133492反应式同步电动机135493电磁减速式同步电动机137410交流伺服电动机在焊接机器人中的应用1414101应用概述1414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14751概述147511压电电动机的发展简史148512压电电动机的特点149513压电电动机的分类149514压电电动机的应用15052微型压电电动机的驱动机理154521压电效应概述154522椭圆运动及其作用15553行波型超声波电动机156531电动机结构156532电动机的工作原理157533电动机转子的运动速度158534电动机的运行特性15954行波型超声波电动机的驱动与控制159541驱动控制方法159542驱动控制电路16055其他构型的压电电动机161551驻波型超声波电动机161552直线型超声波电动机161553多自由度超声波电动机162554杆式压电电动机163555旋转尺蠖压电电动机16656压电电动机在关节机器人中的应用167561关节机器人结构167562关节机器人控制系统组成及控制方式1685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17761液压伺服控制系统概述177611液压伺服控制系统的工作原理及组成178612液压伺服控制的优缺点18162液压控制阀结构及分类182621圆柱滑阀182622喷嘴挡板阀184623射流管阀185

当前数字经济发展日新月异不断催生新产业、新模式和新业态展现出巨大的发展潜能。机器人作为数字经济时代最具标志性的工具正在深刻改变着人类的生产和生活方式。机器人在促进科技创新、推动产业升级、保障国家安全和守护人民健康等方面发挥着愈加重要的作用已成为衡量一个国家创新能力和产业竞争力的重要标志。机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器主要通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务。机器人各关节的协调动作需要其驱动器通过控制系统的协同控制进行正确驱动才能得以实现涉及机械、电子、计算机和人工智能等多种技术实践性学科是机电一体化领域范畴内的最高成就代表。本书以机器人常见电气、液压驱动模式及控制方法为主线展开介绍共7章具体内容如下:第1章介绍了机器人的起源与发展简史、定义、特点、分类工业机器人的结构组成、主要技术参数以及机器人的应用领域。第2章介绍了机器人步进电动机驱动及控制中的驱动源步进电动机结构、性能要求和混合式步进电动机工作原理;重点阐述了反应式步进电动机工作原理、基本特点、运动特性和驱动控制方法;还介绍了步进电动机在六自由度切削机器人中的应用案例。第3章介绍了机器人直流伺服电动机驱动及控制中的伺服电动机系统、伺服电动机、直流伺服电动机技术参数和技术要求常见特种直流伺服电动机的结构和工作特点;重点阐述了直流伺服电动机基本结构、励磁方式、工作原理、控制方式、运行特性和动态特性;还介绍了直流伺服电动机在足球机器人中的应用案例。第4章介绍了机器人交流伺服电动机驱动及控制中的两相交流感应伺服电动机基本结构、主要技术参数和性能指标电容伺服电动机的特性;重点阐述了两相交流感应伺服电动机的工作原理、控制方法、静态特性、圆形和椭圆形旋转磁场产生的机理及运行分析永磁式同步电动机的工作原理反应式同步电动机工作原理和振荡产生机理反应式和励磁式电磁减速同步电动机工作原理;还介绍了交流伺服电动机在焊接机器人中的应用案例。第5章介绍了微型机器人压电电动机驱动及控制中所用压电电动机的发展简史微型压电电动机的特点及应用杆式、旋转尺蠖式等新构型压电电动机的工作原理;重点阐述了微型压电电动机的驱动机理、行波型超声波电动机的工作原理和运行特性、行波型超声波电动机的驱动控制方法;还介绍了压电电动机在关节机器人中的应用案例。第6章介绍了机器人电液伺服驱动及控制所用的液压控制元件液压控制阀结构、分类、滑阀的输出功率及效率;重点阐述了液压伺服控制系统的工作原理、组成、特点、滑阀静态特性分析方法、零开口和正开口四边滑阀的静态特性、四边阀控液压缸传递函数的建立和动态特性。第7章介绍了机器人电液伺服驱动及控制所用电液伺服驱动控制系统核心元器件电液伺服阀的组成、分类、特性、主要性能指标电液速度和力伺服系统特性分析与系统校正;重点阐述了力反馈两级电液伺服阀工作原理、电液伺服驱动控制系统工作原理、电液位置伺服系统特性分析与系统校正;还介绍了电液驱动在BigDog四足仿生机器人中的应用案例。本书的编写注重理论与实践相结合取材新颖面向机器人工程实际应用力求做到条理分明、概念清晰、深入浅出和好学易懂突出教材的实用性和先进性。各章前均附有学习目标章后均附有知识小结和习题有助于读者对各章节内容侧重点的理解和把握。本书由淮阴工学院李怀勇高级工程师、朱为国教授、高荣教授、杨权权教授和陈中教授编著。第1章由高荣教授、杨权权教授编写第2章由朱为国教授编写第3章由陈中教授编写第4~7章由李怀勇高级工程师编写。全书由李怀勇统稿本科生钱伟民、研究生张冬亚对本书部分内容的编写给予了帮助。衷心感谢燕山大学机械工程学院许立忠教授担任本书主审并对本书的成稿和各章节内容的编排提出了许多宝贵的意见和建议付出了辛勤的劳动。燕山大学机械工程学院邢继春副教授、江苏科技大学机械工程学院李冲副教授为本书的完成提供了鼎力支持和热心帮助在此一并致以诚挚的感谢。书中吸收和借鉴了同类教科书和其他参考文献的精华为此对其作者深表谢意。另外在本书即将出版之际编著者也要特别感谢给予我们编著团队大力支持和帮助的淮阴工学院各级领导及同事们。在编写的过程中尽管本书的各位编著者倾注了极大的热情与心血但由于学识和水平所限书中难免存在纰漏和不妥之处恳请广大读者批评指正以便再版时进行修订、补充和完善。不胜感谢!编著者目录前言第1章绪论1本章学习目标111机器人的起源与发展简史1111机器人的起源1112机器人的发展简史212机器人的定义、特点与分类4121机器人的定义和特点4122机器人分类513机器人的发展现状9131产品发展现状9132技术发展1314工业机器人的组成与技术参数14141工业机器人系统的组成15142工业机器人的技术参数171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2321步进电动机概述2322步进电动机的结构及性能要求2