19、机器人驱动与传感器技术详解

机器人驱动与传感器技术详解

1. 驱动系统

1.1 电流反馈与保护

对于驱动系统，当电流在额定值范围内时，设置保护的问题可通过引入电流限制来解决。这种电流限制并非通过控制信号的饱和实现，而是利用反馈路径上具有死区非线性的电流反馈。这样能获得高精度的实际电流限制，其精度与死区斜率相关。不过，采用这种方式时需考虑电流环的稳定性。

在集中控制方案中，驱动系统需表现为扭矩控制的发电机。此时应使用带有合适调节器 (C_i(s)) 的电流反馈，以使电流环具备良好的静态和动态性能。通过电流测量间接实现驱动扭矩的伺服控制，因为电流与驱动扭矩通过增益 (1/k_t) 相关。

1.2 液压驱动

液压伺服电机的输入/输出数学模型推导基于描述流量与压力关系、流体与运动部件关系以及运动部件机械平衡的基本方程。
- 流量平衡方程 ：(Q = Q_m + Q_l + Q_c)，其中 (Q) 是分配器提供的体积流量，(Q_m) 是传输到电机的流量，(Q_l) 是泄漏流量，(Q_c) 是与流体可压缩性相关的流量。由于工作压力较高（约 100 atm），需考虑 (Q_l) 和 (Q_c)。
- 泄漏流量 ：(Q_l = k_lP)，其中 (P) 是伺服电机因负载产生的压差。
- 可压缩性损失流量 ：(Q_c = \gamma V sP)，其中 (\gamma) 是流体的均匀可压缩系数，(V) 是流体的瞬时体积。可压缩性流量与压力时间导数的比例因子 (k_c = \gamma V) 取决于流体体积。对于旋转伺服电机，(k_c)