有反應式和索耶式兩類(lèi)。索耶式直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機由靜止部分(稱(chēng)為反應板)和移動(dòng)部分(稱(chēng)動(dòng)子)組成。反應板由軟磁材料制成，在它上面均勻地開(kāi)有齒和槽。電機的動(dòng)子由永久磁鐵和兩個(gè)帶線(xiàn)圈的磁極A和B組成。動(dòng)子是由氣墊支承,以消除在移動(dòng)時(shí)的機械摩擦,使電機運行平穩并提高定位精度。這種電機的高移動(dòng)速度可達1.5米/秒，加速度可達2g,定位精度可達20多微米。由兩臺索耶式直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機相互垂直組裝就構成平面電動(dòng)機。

 

 

 

　　機電式步進(jìn)電動(dòng)機

 

　　機電式步進(jìn)電動(dòng)機由鐵心、線(xiàn)圈、齒輪機構等組成。螺線(xiàn)管線(xiàn)圈通電時(shí)將產(chǎn)生磁力，推動(dòng)其鐵心心子運動(dòng)，通過(guò)齒輪機構使輸出軸轉動(dòng)一角度，通過(guò)抗旋轉齒輪使輸出轉軸保持在新的工作位置;線(xiàn)圈再通電，轉軸又轉動(dòng)一角度，依次進(jìn)行步進(jìn)運動(dòng)。

 

　　磁電式步進(jìn)電機

 

　　磁電式步進(jìn)電動(dòng)機主要有永磁式、反應式和永磁感應子式3種形式。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機由四相繞組組成。A相繞組通電時(shí)，轉子磁鋼將轉向該相繞組所確定的磁場(chǎng)方向;A相斷電、B相繞組通電時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)方向，這時(shí)，轉子就轉動(dòng)一角度而位于新的磁場(chǎng)方向上，被激勵相的順序決定了轉子運動(dòng)方向。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機消耗功率較小，步矩角較大。

 

　　反應式步進(jìn)電動(dòng)機在定、轉子鐵心的內外表面上設有按一定規律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉矩。這種步進(jìn)電動(dòng)機步矩角可做到1°～15°，甚至更小，精度容易保證，起動(dòng)和運行頻率較高，但功耗較大，效率較低。

 

　　永磁感應子式步進(jìn)電動(dòng)機又稱(chēng)混合式步進(jìn)電動(dòng)機。是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機和反應式步進(jìn)電動(dòng)機兩者的結合，并兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。

 

　　步進(jìn)電機驅動(dòng)系統用在工業(yè)機器人上

 

　　對工業(yè)機器人關(guān)節驅動(dòng)的步進(jìn)電機，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動(dòng)轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍。特別是像機器人末端執行器(手爪)應采用體積、質(zhì)量盡可能小的步進(jìn)電機，尤其是要求快速響應時(shí)，伺服步進(jìn)電機必須具有較高的可靠性和穩定性，并且具有較大的短時(shí)過(guò)載能力。這是伺服步進(jìn)電機在工業(yè)機器人中應用的先決條件。

 

　　一、機器人對關(guān)節驅動(dòng)電機的主要要求

 

　　1、快速性，伺服步進(jìn)電機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應短。響應指令信號的時(shí)間愈短，電伺服系統的靈敏性愈高，快速響應性能愈好，一般是以伺服步進(jìn)電機的機電時(shí)間常數的大小來(lái)說(shuō)明伺服電動(dòng)機快速響應的性能。

 

　　2、起動(dòng)轉矩慣量比大，在驅動(dòng)負載的情況下，要求機器人的伺服步進(jìn)電機的起動(dòng)轉矩大，轉動(dòng)慣量小。

 

　　3、控制特性的連續性和直線(xiàn)性，隨著(zhù)控制信號的變化，步進(jìn)電機的轉速能連續變化，有時(shí)還需轉速與控制信號成正比或近似成正比。

 

　　4、調速范圍寬，能使用于1：1000～10000的調速范圍。

 

　　5、體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。

 

　　6、能經(jīng)受得起苛刻的運行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時(shí)間內承受過(guò)載。

 

　　目前，由于高起動(dòng)轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服步進(jìn)電機在工業(yè)機器人中得到廣泛應用，一般負載1000N(相當100kgf)以下的工業(yè)機器人大多采用步進(jìn)電機伺服驅動(dòng)系統。所采用的關(guān)節驅動(dòng)步進(jìn)電機主要是AC伺服步進(jìn)電機和DC伺服步進(jìn)電機。其中，交流伺服電機、直流伺服電機直接驅動(dòng)，均采用位置閉環(huán)控制，一般應用于高精度、高速度的機器人驅動(dòng)系統中。步進(jìn)電機驅動(dòng)系統多適用于對精度、速度要求不高的小型簡(jiǎn)易機器人開(kāi)環(huán)系統中。交流伺服電機由于采用電子換向，無(wú)換向火花，在易燃易爆環(huán)境中得到了廣泛的使用。機器人關(guān)節驅動(dòng)電動(dòng)機的功率范圍一般為0.1～10kW。工業(yè)機器人驅動(dòng)系統中所采用的電動(dòng)機。

 

　　二、電機大致可細分為以下幾種

 

　　1、交流伺服電機

 

　　包括同步型交流伺服電動(dòng)機及反應式步進(jìn)電動(dòng)機等。

 

　　2、直流伺服電機

 

　　包括小慣量永磁直流伺服電動(dòng)機、印制繞組直流伺服電動(dòng)機、大慣量永磁直流伺服電動(dòng)機、空心杯電樞直流伺服電動(dòng)機。

 

　　3、步進(jìn)電機

 

　　包括永磁感應步進(jìn)電機。速度傳感器多采用測速發(fā)電機和旋轉變壓器;位置傳感器多用光電碼盤(pán)和旋轉變壓器。近年來(lái)，國外機器人制造廠(chǎng)家已經(jīng)在使用一種集光電碼盤(pán)及旋轉變壓器功能為一體的混合式光電位置傳感器，伺服電動(dòng)機可與位置及速度檢測器、制動(dòng)器、減速機構組成伺服電動(dòng)機驅動(dòng)單元。機器人驅動(dòng)系統要求傳動(dòng)系統間隙小、剛度大、輸出扭矩高以及減速比大。

 

　　三、常用的驅動(dòng)器控制

 

　　1、直流伺服電機驅動(dòng)器

 

　　直流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)器多采用脈寬調制(PWM)伺服驅動(dòng)器，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變加在電動(dòng)機電樞兩端的平均電壓，從而改變電動(dòng)機的轉速。

 

　　PWM伺服驅動(dòng)器具有調速范圍寬、低速特性好、響應快、效率高、過(guò)載能力強等特點(diǎn)，在工業(yè)機器人中常作為直流伺服電動(dòng)機驅動(dòng)器。

 

　　2、同步式交流伺服電機驅動(dòng)器

 

　　同直流伺服電機驅動(dòng)系統相比，同步式交流伺服電機驅動(dòng)器具有轉矩轉動(dòng)慣量比高、無(wú)電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)機器人中得到廣泛應用。同步式交流伺服電機驅動(dòng)器通常采用電流型脈寬調制(PWM)相逆變器和具有電流環(huán)為內環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統，以實(shí)現對三相永磁同步伺服電機的電流控制。根據其工作原理、驅動(dòng)電流波形和控制方式的不同，它又可分為兩種伺服系統：(1)矩形波電流驅動(dòng)的永磁交流伺服系統。(2)正弦波電流驅動(dòng)的永磁交流伺服系統。采用矩形波電流驅動(dòng)的永磁交流伺服電動(dòng)機稱(chēng)為無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機，采用正弦波電流驅動(dòng)的永磁交流伺服電動(dòng)機稱(chēng)為無(wú)刷交流伺服電動(dòng)機。

 

　　3、步進(jìn)電機驅動(dòng)器

 

　　步進(jìn)電機是將電脈沖信號變換為相應的角位移或直線(xiàn)位移的元件，它的角位移和線(xiàn)位移量與脈沖數成正比。轉速或線(xiàn)速度與脈沖頻率成正比。在負載能力的范圍內，這些關(guān)系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化，誤差不長(cháng)期積累，步進(jìn)電動(dòng)機驅動(dòng)系統可以在較寬的范圍內，通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調速，實(shí)現快速起動(dòng)、正反轉制動(dòng)。作為一種開(kāi)環(huán)數字控制系統，在小型機器人中得到較廣泛的應用。但由于其存在過(guò)載能力差、調速范圍相對較小、低速運動(dòng)有脈動(dòng)、不平衡等缺點(diǎn)，一般只應用于小型或簡(jiǎn)易型機器人中。