伺服壓力機的特點及應用技術

伺服壓力機是高端裝備、智能制造裝備實現自動控制的核心功能部件，機器人的工作表現受伺服壓力機影響極大，因而精密伺服壓力機的關鍵性能指標一直都是評價機器人先進性的首要因素。

國外先進伺服壓力機已經能夠很好地適應絕大多數應用的需求，其研發資源集中在個別高端應用及整體性能提升方面，處于精雕細刻階段。在工業4.0的大背景下，國產伺服壓力機任重而道遠，還需努力追趕。

《機器人伺服壓力機及應用技術》是一本理論與實踐緊密結合的圖書，全方位解讀了機器人伺服壓力機的相關知識。

本書特點

《機器人伺服壓力機及應用技術》從機器人組成開始講解，逐漸引入到機器人的感知系統和控制系統，整合電機學、氣壓與液壓控制、機器人機構等與伺服壓力機密不可分的相關技術，從基礎知識到實例應用分析，讓讀者全面系統地學習伺服控制技術。

全書核心內容包括機器人步進電機控制系統、直流伺服壓力機、交流伺服壓力機、伺服驅動器與運動控制器、氣動伺服壓力機、液壓伺服壓力機、視覺伺服壓力機等。

主要內容

本書結合機器人系統設計實例，介紹機器人伺服壓力機的基本概念及相關應用。

全書共分9章：第1章簡要介紹機器人相關的一些背景資料及基本知識；第2章主要介紹機器人系統的組成；第3～5章分別介紹步進電機、直流伺服和交流伺服壓力機的工作原理及其在機器人開發中的應用；第6章主要介紹伺服驅動器和運動控制器的相關原理及應用；第7～8章分別介紹氣動伺服和液壓伺服的基本原理及其在機器人開發中的應用；第9章主要介紹機器人視覺伺服壓力機相關理論。

目錄

第1章緒論1

1.1機器人發展歷史1

1.2機器人基礎知識4

1.2.1機器人定義4

1.2.2機器人分類4

1.2.3機器人主要參數8

1.3伺服壓力機10

1.3.1伺服壓力機定義10

1.3.2伺服壓力機發展歷史10

1.3.3伺服壓力機組成11

1.3.4伺服壓力機性能要求12

1.3.5伺服壓力機分類12

1.3.6伺服壓力機發展趨勢15

1.4機器人伺服壓力機17

1.4.1機器人控制系統17

1.4.2機器人控制系統特點17

1.4.3機器人伺服壓力機概述18

第2章機器人組成19

2.1機器人的執行機構19

2.1.1機器人本體材料20

2.1.2機器人的臂、腕和手20

2.1.3機器人的移動機構22

2.1.4機器人的軀干27

2.1.5機器人的關節29

2.2機器人的感知系統31

2.3機器人的控制系統32

2.3.1機器人的控制器32

2.3.2機器人的控制系統結構33

2.3.3機器人的控制系統軟件35

2.3.4機器人專用操作系統35

2.3.5智能機器人控制系統36

2.4機器人的驅動系統37

2.4.1驅動方式37

2.4.2驅動元件38

2.4.3驅動機構39

2.5機器人的電源系統40

2.5.1電池40

2.5.2直流穩壓電源41

第3章機器人步進電機控制系統43

3.1步進電機43

3.1.1步進電機的發展歷史43

3.1.2步進電機的分類44

3.1.3步進電機的工作原理45

3.1.4反應式步進電機的運行特性49

3.1.5步進電機的操作模式53

3.2步進電機的驅動電源54

3.2.1驅動電源的基本要求54

3.2.2驅動電源組成55

3.2.3驅動器的使用62

3.3步進電機的控制64

3.3.1步進電機的開環控制64

3.3.2步進電機的閉環控制66

3.3.3步進電機的最佳點位控制66

3.4步進電機的特點及選用原則68

3.4.1步進電機的特點68

3.4.2步進電機的選用原則69

3.5步進電機在機器人中的應用實例分析69

3.5.1變電站軌道式巡檢機器人控制系統設計69

3.5.2玻璃幕墻清洗機器人爬壁裝置及控制系統設計75

第4章機器人直流伺服壓力機84

4.1直流伺服電機84

4.1.1直流伺服電機的發展歷史84

4.1.2直流伺服電機的工作原理85

4.1.3直流伺服電機的分類86

4.1.4直流伺服電機的控制87

4.1.5直流伺服電機的主要特性89

4.1.6無刷直流伺服電機91

4.2直流伺服電機調速系統93

4.2.1調速指標93

4.2.2單閉環調速系統95

4.2.3雙閉環調速系統99

4.3直流伺服電機調壓調速技術102

4.3.1晶閘管直流調速系統102

4.3.2脈寬調制（PWM）直流調速系統104

4.4直流伺服電機在機器人中的應用實例分析109

4.4.1電驅動四足機器人運動控制系統設計109

4.4.2室內全向移動機器人系統設計114

4.4.3管道機器人結構設計及其運動控制研究121

第5章機器人交流伺服壓力機129

5.1交流伺服電機129

5.1.1交流伺服電機的發展歷史129

5.1.2交流伺服電機的分類131

5.1.3交流伺服電機的工作原理132

5.1.4交流伺服電機的運行特性134

5.1.5交流伺服電機的主要性能指標137

5.1.6交流伺服電機的控制方法138

5.2交流伺服壓力機138

5.2.1交流伺服壓力機的組成138

5.2.2交流伺服壓力機的分類139

5.2.3交流伺服壓力機的性能指標140

5.2.4交流伺服壓力機的發展趨勢141

5.3交流電機的速度控制142

5.3.1交流電機調速方法142

5.3.2變頻器146

5.3.3變頻調速技術151

5.3.4變頻器的選用156

5.4交流伺服電機在機器人中的應用實例分析157

5.4.1桁架式機器人交流伺服壓力機157

5.4.2基于ARM的碼垛機器人關節伺服壓力機研究169

5.4.3果蔬大棚巡檢機器人移動平臺的設計及關鍵技術研究177

第6章伺服驅動器與運動控制器188

6.1伺服驅動器188

6.1.1伺服驅動器的發展歷史188

6.1.2伺服驅動器的工作原理189

6.1.3伺服驅動與變頻驅動192

6.1.4伺服電機的選用194

6.1.5伺服驅動器的使用196

6.1.6伺服驅動器的測試平臺205

6.1.7智能伺服驅動器206

6.2運動控制器208

6.2.1運動控制系統209

6.2.2運動控制器的發展211

6.2.3運動控制器的主要功能212

6.2.4運動控制器的分類213

6.2.5運動控制器的設計實例213

6.2.6運動控制卡222

6.3驅控一體化技術233

6.3.1驅控一體化技術的發展234

6.3.2多軸機器人軌跡與伺服一體化控制器設計實例234

第7章機器人氣動伺服壓力機249

7.1發展概況249

7.1.1氣動技術的發展249

7.1.2氣動伺服技術的發展250

7.1.3氣動伺服壓力機的特點251

7.2氣壓傳動系統251

7.2.1氣源裝置252

7.2.2氣動控制元件254

7.2.3氣動執行元件260

7.3氣動伺服壓力機262

7.3.1氣動伺服壓力機的形式263

7.3.2基于氣動柔順控制的助餐機械手的研究實例265

7.3.3虛擬現實氣動上肢康復訓練機器人系統研究實例271

第8章機器人液壓伺服壓力機283

8.1液壓技術283

8.1.1液壓系統的發展283

8.1.2液壓伺服壓力機的發展284

8.1.3液壓伺服壓力機的特點285

8.2液壓伺服壓力機286

8.2.1液壓控制系統286

8.2.2液壓伺服壓力機的組成288

8.2.3液壓伺服壓力機的分類288

8.2.4液壓伺服壓力機的主要設備289

8.3電液伺服壓力機291

8.3.1電液伺服壓力機的組成292

8.3.2電液伺服閥292

8.3.3一種液壓驅動上肢外骨骼機器人設計實例293

8.3.4液壓四足機器人驅動控制與行走研究實例308

第9章機器人視覺伺服壓力機315

9.1視覺伺服的發展315

9.2視覺伺服壓力機的組成及分類316

9.2.1視覺伺服壓力機的組成316

9.2.2視覺伺服壓力機的分類316

9.3視覺伺服壓力機的應用實例319

9.3.1服務機器人視覺伺服控制方法研究實例319

9.3.2基于視覺伺服的三軸機械裝置控制實例330