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機器人被譽為制造業(yè)皇冠頂端的明珠,其研發(fā)、制造和應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。當(dāng)前,機器人產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展、產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長、技術(shù)水平持續(xù)提升、重點產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢逐步顯現(xiàn),正極大改變著人類生產(chǎn)和生活方式,為經(jīng)濟社會發(fā)展注入強勁動力。
機器人正常動作需要各關(guān)節(jié)驅(qū)動器在控制系統(tǒng)的控制下正確驅(qū)動才能得以實現(xiàn)。本書圍繞機器人常見驅(qū)動模式及控制方法展開介紹,主要講述機器人電氣、液壓各驅(qū)動器的工作原理、工作特性和系統(tǒng)控制技術(shù)。全書共分為7章,分別是:緒論、機器人步進電動機驅(qū)動及控制、機器人直流伺服電動機驅(qū)動及控制、機器人交流伺服電動機驅(qū)動及控制、微型機器人壓電電動機驅(qū)動及控制、液壓控制元件基礎(chǔ)、機器人電液伺服驅(qū)動及控制。讀者通過本書的學(xué)習(xí),可熟知和掌握機器人常用的電動機驅(qū)動、液壓驅(qū)動與控制的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能,具備一定分析和解決機器人驅(qū)動與控制相關(guān)的工程技術(shù)問題的能力,了解這些技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用前沿,為后續(xù)內(nèi)容學(xué)習(xí)和機器人驅(qū)動系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。
本書可作為高等院校機器人工程、機電工程類、電氣自動化類及其他相關(guān)專業(yè)高年級本科生及研究生的教材,也可作為從事機器人驅(qū)動與控制、電液控制方面工作的工程技術(shù)人員的參考書。

當(dāng)前數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展日新月異,不斷催生新產(chǎn)業(yè)、新模式和新業(yè)態(tài),展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)撃�。機器人作為數(shù)字經(jīng)濟時代最具標(biāo)志性的工具,正在深刻改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。機器人在促進科技創(chuàng)新、推動產(chǎn)業(yè)升級、保障國家安全和守護人民健康等方面發(fā)揮著愈加重要的作用,已成為衡量一個國家創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)競爭力的重要標(biāo)志。
機器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機器,主要通過編程和自動控制來執(zhí)行諸如作業(yè)或移動等任務(wù)。機器人各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)動作需要其驅(qū)動器通過控制系統(tǒng)的協(xié)同控制進行正確驅(qū)動才能得以實現(xiàn),涉及機械、電子、計算機和人工智能等多種技術(shù)實踐性學(xué)科,是機電一體化領(lǐng)域范疇內(nèi)的最高成就代表。本書以機器人常見電氣、液壓驅(qū)動模式及控制方法為主線展開介紹,共7章,具體內(nèi)容如下:
第1章介紹了機器人的起源與發(fā)展簡史、定義、特點、分類,工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)組成、主要技術(shù)參數(shù)以及機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。
第2章介紹了機器人步進電動機驅(qū)動及控制中的驅(qū)動源步進電動機結(jié)構(gòu)、性能要求和混合式步進電動機工作原理;重點闡述了反應(yīng)式步進電動機工作原理、基本特點、運動特性和驅(qū)動控制方法;還介紹了步進電動機在六自由度切削機器人中的應(yīng)用案例。
第3章介紹了機器人直流伺服電動機驅(qū)動及控制中的伺服電動機系統(tǒng)、伺服電動機、直流伺服電動機技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求,常見特種直流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和工作特點;重點闡述了直流伺服電動機基本結(jié)構(gòu)、勵磁方式、工作原理、控制方式、運行特性和動態(tài)特性;還介紹了直流伺服電動機在足球機器人中的應(yīng)用案例。
第4章介紹了機器人交流伺服電動機驅(qū)動及控制中的兩相交流感應(yīng)伺服電動機基本結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo),電容伺服電動機的特性;重點闡述了兩相交流感應(yīng)伺服電動機的工作原理、控制方法、靜態(tài)特性、圓形和橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的機理及運行分析,永磁式同步電動機的工作原理,反應(yīng)式同步電動機工作原理和振蕩產(chǎn)生機理,反應(yīng)式和勵磁式電磁減速同步電動機工作原理;還介紹了交流伺服電動機在焊接機器人中的應(yīng)用案例。
第5章介紹了微型機器人壓電電動機驅(qū)動及控制中所用壓電電動機的發(fā)展簡史,微型壓電電動機的特點及應(yīng)用,桿式、旋轉(zhuǎn)尺蠖式等新構(gòu)型壓電電動機的工作原理;重點闡述了微型壓電電動機的驅(qū)動機理、行波型超聲波電動機的工作原理和運行特性、行波型超聲波電動機的驅(qū)動控制方法;還介紹了壓電電動機在關(guān)節(jié)機器人中的應(yīng)用案例。
第6章介紹了機器人電液伺服驅(qū)動及控制所用的液壓控制元件液壓控制閥結(jié)構(gòu)、分類、滑閥的輸出功率及效率;重點闡述了液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理、組成、特點、滑閥靜態(tài)特性分析方法、零開口和正開口四邊滑閥的靜態(tài)特性、四邊閥控液壓缸傳遞函數(shù)的建立和動態(tài)特性。
第7章介紹了機器人電液伺服驅(qū)動及控制所用電液伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)核心元器件電液伺服閥的組成、分類、特性、主要性能指標(biāo),電液速度和力伺服系統(tǒng)特性分析與系統(tǒng)校正;重點闡述了力反饋兩級電液伺服閥工作原理、電液伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)工作原理、電液位置伺服系統(tǒng)特性分析與系統(tǒng)校正;還介紹了電液驅(qū)動在BigDog四足仿生機器人中的應(yīng)用案例。
本書的編寫注重理論與實踐相結(jié)合,取材新穎,面向機器人工程實際應(yīng)用,力求做到條理分明、概念清晰、深入淺出和好學(xué)易懂,突出教材的實用性和先進性。各章前均附有學(xué)習(xí)目標(biāo),章后均附有知識小結(jié)和習(xí)題,有助于讀者對各章節(jié)內(nèi)容側(cè)重點的理解和把握。
本書由淮陰工學(xué)院李懷勇高級工程師、朱為國教授、高榮教授、楊權(quán)權(quán)教授和陳中教授編著。第1章由高榮教授、楊權(quán)權(quán)教授編寫,第2章由朱為國教授編寫,第3章由陳中教授編寫,第4~7章由李懷勇高級工程師編寫。全書由李懷勇統(tǒng)稿,本科生錢偉民、研究生張冬亞對本書部分內(nèi)容的編寫給予了幫助。
衷心感謝燕山大學(xué)機械工程學(xué)院許立忠教授擔(dān)任本書主審,并對本書的成稿和各章節(jié)內(nèi)容的編排提出了許多寶貴的意見和建議,付出了辛勤的勞動。燕山大學(xué)機械工程學(xué)院邢繼春副教授、江蘇科技大學(xué)機械工程學(xué)院李沖副教授為本書的完成提供了鼎力支持和熱心幫助,在此一并致以誠摯的感謝。書中吸收和借鑒了同類教科書和其他參考文獻的精華,為此對其作者深表謝意。另外,在本書即將出版之際,編著者也要特別感謝給予我們編著團隊大力支持和幫助的淮陰工學(xué)院各級領(lǐng)導(dǎo)及同事們。
在編寫的過程中,盡管本書的各位編著者傾注了極大的熱情與心血,但由于學(xué)識和水平所限,書中難免存在紕漏和不妥之處,懇請廣大讀者批評指正,以便再版時進行修訂、補充和完善。不勝感謝!
編著者目錄前言
第1章緒論1
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1
11機器人的起源與發(fā)展簡史1
111機器人的起源1
112機器人的發(fā)展簡史2
12機器人的定義、特點與分類4
121機器人的定義和特點4
122機器人分類5
13機器人的發(fā)展現(xiàn)狀9
131產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀9
132技術(shù)發(fā)展13
14工業(yè)機器人的組成與技術(shù)參數(shù)14
141工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成15
142工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)17
15工業(yè)機器人的應(yīng)用20
本章小結(jié)21
本章習(xí)題22
第2章機器人步進電動機驅(qū)動及控制23
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)23
21步進電動機概述23
22步進電動機的結(jié)構(gòu)及性能要求2

目錄前言
第1章緒論1
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1
11機器人的起源與發(fā)展簡史1
111機器人的起源1
112機器人的發(fā)展簡史2
12機器人的定義、特點與分類4
121機器人的定義和特點4
122機器人分類5
13機器人的發(fā)展現(xiàn)狀9
131產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀9
132技術(shù)發(fā)展13
14工業(yè)機器人的組成與技術(shù)參數(shù)14
141工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成15
142工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)17
15工業(yè)機器人的應(yīng)用20
本章小結(jié)21
本章習(xí)題22
第2章機器人步進電動機驅(qū)動及控制23
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)23
21步進電動機概述23
22步進電動機的結(jié)構(gòu)及性能要求25
221步進電動機的結(jié)構(gòu)25
222步進電動機的性能要求27
23反應(yīng)式步進電動機的工作原理27
231通電方式分析28
232小步距角步進電動機29
24混合式步進電動機的工作原理31
241兩相混合式步進電動機結(jié)構(gòu)31
242工作原理31
25步進電動機的基本特點33
26反應(yīng)式步進電動機的運動特性36
261靜態(tài)特性36
262動態(tài)特性41
263主要性能指標(biāo)47
27步進電動機驅(qū)動控制48
271驅(qū)動控制器48
272功率驅(qū)動電路49
28步進電動機在六自由度切削機器人中的應(yīng)用52
281應(yīng)用概述52
282應(yīng)用案例53
本章小結(jié)55
本章習(xí)題56
第3章機器人直流伺服電動機驅(qū)動及控制58
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)58
31概述59
32直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)和勵磁方式60
321直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)60
322直流伺服電動機的勵磁方式62
33直流伺服電動機的工作原理62
331工作原理概述62
332感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩63
34直流伺服電動機的技術(shù)參數(shù)和運行特點65
341技術(shù)參數(shù)65
342運行特點66
35直流伺服電動機的控制方式和運行特性66
351控制方式66
352運行特性68
36直流伺服電動機的動態(tài)特性77
361直流伺服電動機過渡過程分析77
362機電時間常數(shù)與電動機參數(shù)的關(guān)系80
37特種直流伺服電動機81
371直流力矩電動機81
372低慣量型直流伺服電動機83
38直流伺服電動機在足球機器人中的應(yīng)用85
381應(yīng)用概述86
382應(yīng)用案例86
本章小結(jié)89
本章習(xí)題90
第4章機器人交流伺服電動機驅(qū)動及控制92
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)92
41兩相交流感應(yīng)伺服電動機結(jié)構(gòu)92
411概述92
412兩相感應(yīng)伺服電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)93
42兩相交流感應(yīng)伺服電動機工作原理94
421工作原理概述94
422兩相繞組旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生機理96
423旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向98
424旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速99
43兩相交流感應(yīng)伺服電動機的控制101
44圓形旋轉(zhuǎn)磁場作用下的運行分析102
441電壓平衡方程式的建立103
442獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件106
443電磁轉(zhuǎn)矩及機械特性108
45橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場及其分析方法113
451橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的形成114
452橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分析115
46兩相感應(yīng)伺服電動機的靜態(tài)特性118
461有效信號系數(shù)118
462不同有效信號系數(shù)時的機械特性119
463零信號時的機械特性和無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象121
464轉(zhuǎn)速的控制與調(diào)節(jié)特性122
465堵轉(zhuǎn)特性123
466機械特性實用表達式123
47電容伺服電動機的特性124
471勵磁電壓隨轉(zhuǎn)速的變化124
472機械特性和調(diào)節(jié)特性126
48兩相感應(yīng)伺服電動機主要技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)127
481主要技術(shù)數(shù)據(jù)127
482主要性能指標(biāo)127
483兩相感應(yīng)伺服電動機與直流伺服電動機的性能比較129
49同步電動機131
491永磁式同步電動機133
492反應(yīng)式同步電動機135
493電磁減速式同步電動機137
410交流伺服電動機在焊接機器人中的應(yīng)用141
4101應(yīng)用概述141
4102焊接機器人控制系統(tǒng)141
本章小結(jié)144
本章習(xí)題145
第5章微型機器人壓電電動機驅(qū)動及控制147
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)147
51概述147
511壓電電動機的發(fā)展簡史148
512壓電電動機的特點149
513壓電電動機的分類149
514壓電電動機的應(yīng)用150
52微型壓電電動機的驅(qū)動機理154
521壓電效應(yīng)概述154
522橢圓運動及其作用155
53行波型超聲波電動機156
531電動機結(jié)構(gòu)156
532電動機的工作原理157
533電動機轉(zhuǎn)子的運動速度158
534電動機的運行特性159
54行波型超聲波電動機的驅(qū)動與控制159
541驅(qū)動控制方法159
542驅(qū)動控制電路160
55其他構(gòu)型的壓電電動機161
551駐波型超聲波電動機161
552直線型超聲波電動機161
553多自由度超聲波電動機162
554桿式壓電電動機163
555旋轉(zhuǎn)尺蠖壓電電動機166
56壓電電動機在關(guān)節(jié)機器人中的應(yīng)用167
561關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)167
562關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)組成及控制方式168
563關(guān)節(jié)機器人的運動控制170
本章小結(jié)175
本章習(xí)題176
第6章液壓控制元件基礎(chǔ)177
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)177
61液壓伺服控制系統(tǒng)概述177
611液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理及組成178
612液壓伺服控制的優(yōu)缺點181
62液壓控制閥結(jié)構(gòu)及分類182
621圓柱滑閥182
622噴嘴擋板閥184
623射流管閥185

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