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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)展水平的重要標志。當前,機器人產業(yè)蓬勃發(fā)展、產業(yè)規(guī)�？焖僭鲩L、技術水平持續(xù)提升、重點產業(yè)集群優(yōu)勢逐步顯現(xiàn),正極大改變著人類生產和生活方式,為經濟社會發(fā)展注入強勁動力。
機器人正常動作需要各關節(jié)驅動器在控制系統(tǒng)的控制下正確驅動才能得以實現(xiàn)。本書圍繞機器人常見驅動模式及控制方法展開介紹,主要講述機器人電氣、液壓各驅動器的工作原理、工作特性和系統(tǒng)控制技術。全書共分為7章,分別是:緒論、機器人步進電動機驅動及控制、機器人直流伺服電動機驅動及控制、機器人交流伺服電動機驅動及控制、微型機器人壓電電動機驅動及控制、液壓控制元件基礎、機器人電液伺服驅動及控制。讀者通過本書的學習,可熟知和掌握機器人常用的電動機驅動、液壓驅動與控制的基礎理論、基本知識和基本技能,具備一定分析和解決機器人驅動與控制相關的工程技術問題的能力,了解這些技術的最新發(fā)展和應用前沿,為后續(xù)內容學習和機器人驅動系統(tǒng)創(chuàng)新設計奠定理論基礎。
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動與控制、電液控制方面工作的工程技術人員的參考書。

當前數(shù)字經濟發(fā)展日新月異,不斷催生新產業(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)字經濟時代最具標志性的工具,正在深刻改變著人類的生產和生活方式。機器人在促進科技創(chuàng)新、推動產業(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)新能力和產業(yè)競爭力的重要標志。
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。機器人各關節(jié)的協(xié)調動作需要其驅動器通過控制系統(tǒng)的協(xié)同控制進行正確驅動才能得以實現(xiàn),涉及機械、電子、計算機和人工智能等多種技術實踐性學科,是機電一體化領域范疇內的最高成就代表。本書以機器人常見電氣、液壓驅動模式及控制方法為主線展開介紹,共7章,具體內容如下:
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)機器人的結構組成、主要技術參數(shù)以及機器人的應用領域。
第2章介紹了機器人步進電動機驅動及控制中的驅動源步進電動機結構、性能要求和混合式步進電動機工作原理;重點闡述了反應式步進電動機工作原理、基本特點、運動特性和驅動控制方法;還介紹了步進電動機在六自由度切削機器人中的應用案例。
第3章介紹了機器人直流伺服電動機驅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參數(shù)和技術要求,常見特種直流伺服電動機的結構和工作特點;重點闡述了直流伺服電動機基本結構、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用案例。
第4章介紹了機器人交流伺服電動機驅動及控制中的兩相交流感應伺服電動機基本結構、主要技術參數(shù)和性能指標,電容伺服電動機的特性;重點闡述了兩相交流感應伺服電動機的工作原理、控制方法、靜態(tài)特性、圓形和橢圓形旋轉磁場產生的機理及運行分析,永磁式同步電動機的工作原理,反應式同步電動機工作原理和振蕩產生機理,反應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用案例。
第5章介紹了微型機器人壓電電動機驅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用,桿式、旋轉尺蠖式等新構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動控制方法;還介紹了壓電電動機在關節(jié)機器人中的應用案例。
第6章介紹了機器人電液伺服驅動及控制所用的液壓控制元件液壓控制閥結構、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動及控制所用電液伺服驅動控制系統(tǒng)核心元器件電液伺服閥的組成、分類、特性、主要性能指標,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;還介紹了電液驅動在BigDog四足仿生機器人中的應用案例。
本書的編寫注重理論與實踐相結合,取材新穎,面向機器人工程實際應用,力求做到條理分明、概念清晰、深入淺出和好學易懂,突出教材的實用性和先進性。各章前均附有學習目標,章后均附有知識小結和習題,有助于讀者對各章節(jié)內容側重點的理解和把握。
本書由淮陰工學院李懷勇高級工程師、朱為國教授、高榮教授、楊權權教授和陳中教授編著。第1章由高榮教授、楊權權教授編寫,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容的編寫給予了幫助。
衷心感謝燕山大學機械工程學院許立忠教授擔任本書主審,并對本書的成稿和各章節(jié)內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。燕山大學機械工程學院邢繼春副教授、江蘇科技大學機械工程學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院各級領導及同事們。
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
本章學習目標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產品發(fā)展現(xiàn)狀9
132技術發(fā)展13
14工業(yè)機器人的組成與技術參數(shù)14
141工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成15
142工業(yè)機器人的技術參數(shù)17
15工業(yè)機器人的應用20
本章小結21
本章習題22
第2章機器人步進電動機驅動及控制23
本章學習目標23
21步進電動機概述23
22步進電動機的結構及性能要求2

目錄前言
第1章緒論1
本章學習目標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產品發(fā)展現(xiàn)狀9
132技術發(fā)展13
14工業(yè)機器人的組成與技術參數(shù)14
141工業(yè)機器人系統(tǒng)的組成15
142工業(yè)機器人的技術參數(shù)17
15工業(yè)機器人的應用20
本章小結21
本章習題22
第2章機器人步進電動機驅動及控制23
本章學習目標23
21步進電動機概述23
22步進電動機的結構及性能要求25
221步進電動機的結構25
222步進電動機的性能要求27
23反應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構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47
27步進電動機驅動控制48
271驅動控制器48
272功率驅動電路49
28步進電動機在六自由度切削機器人中的應用52
281應用概述52
282應用案例53
本章小結55
本章習題56
第3章機器人直流伺服電動機驅動及控制58
本章學習目標58
31概述59
32直流伺服電動機的基本結構和勵磁方式60
321直流伺服電動機的基本結構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感應電動勢和電磁轉矩63
34直流伺服電動機的技術參數(shù)和運行特點65
341技術參數(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用85
381應用概述86
382應用案例86
本章小結89
本章習題90
第4章機器人交流伺服電動機驅動及控制92
本章學習目標92
41兩相交流感應伺服電動機結構92
411概述92
412兩相感應伺服電動機轉子結構93
42兩相交流感應伺服電動機工作原理94
421工作原理概述94
422兩相繞組旋轉磁場產生機理96
423旋轉磁場的轉向98
424旋轉磁場的轉速99
43兩相交流感應伺服電動機的控制101
44圓形旋轉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獲得圓形旋轉磁場的條件106
443電磁轉矩及機械特性108
45橢圓形旋轉磁場及其分析方法113
451橢圓形旋轉磁場的形成114
452橢圓形旋轉磁場的分析115
46兩相感應伺服電動機的靜態(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現(xiàn)象121
464轉速的控制與調節(jié)特性122
465堵轉特性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勵磁電壓隨轉速的變化124
472機械特性和調節(jié)特性126
48兩相感應伺服電動機主要技術數(shù)據和性能指標127
481主要技術數(shù)據127
482主要性能指標127
483兩相感應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用141
4101應用概述141
4102焊接機器人控制系統(tǒng)141
本章小結144
本章習題145
第5章微型機器人壓電電動機驅動及控制147
本章學習目標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壓電電動機的應用150
52微型壓電電動機的驅動機理154
521壓電效應概述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電動機結構156
532電動機的工作原理157
533電動機轉子的運動速度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動與控制159
541驅動控制方法159
542驅動控制電路160
55其他構型的壓電電動機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旋轉尺蠖壓電電動機166
56壓電電動機在關節(jié)機器人中的應用167
561關節(jié)機器人結構167
562關節(jié)機器人控制系統(tǒng)組成及控制方式168
563關節(jié)機器人的運動控制170
本章小結175
本章習題176
第6章液壓控制元件基礎177
本章學習目標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液壓控制閥結構及分類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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