机器人驱动机构

2.7 2.7 机器人的驱动机构驱动装置是为机器人的运动提供动力源1.驱动方式驱动方式液压式液压式气动式气动式电动式电动式2.驱动机构驱动机构 直线驱动机构直线驱动机构 旋转驱动机构旋转驱动机构u液压驱动（优点）液压驱动（优点）驱动用压力为驱动用压力为0.514MPa，产生的驱动力大，产生的驱动力大结构简单，体积小，刚度好结构简单，体积小，刚度好由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，工作由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，工作平稳，可实现任意位置的停止平稳，可实现任意位置的停止液压传动中，力、速度和方向容易调整和控制液压传动中，力、速度和方向容易调整和控制液压驱动平稳，可以实现频繁的变速与换向液压驱动平稳，可以实现频繁的变速与换向采用油液做介质，能防锈和自润滑，机械效率高，使用采用油液做介质，能防锈和自润滑，机械效率高，使用寿命长寿命长一、驱动方式一、驱动方式1、液压驱动、液压驱动u液压驱动（液压驱动（缺点缺点）油液的年度会随温度变化，高温易引起燃烧爆炸等危险油液的年度会随温度变化，高温易引起燃烧爆炸等危险液体的泄漏难克服，要求液压元件性能高，故液压驱动液体的泄漏难克服，要求液压元件性能高，故液压驱动价格贵价格贵要求供油系统，而且电液伺服系统对液压油的清洁度有要求供油系统，而且电液伺服系统对液压油的清洁度有较高要求，水、气泡等杂质避免较高要求，水、气泡等杂质避免不不适合高、低温场合，故液压驱动目前多用于特大功率适合高、低温场合，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。的机器人系统。u气压驱动气压驱动 气压驱动在工业机器人中用得较多。使用的压力通气压驱动在工业机器人中用得较多。使用的压力通常在常在0.40.6MPa，最高达，最高达1Mpa，气压驱动的主要优，气压驱动的主要优点是：点是：快速性好。这是因为压缩空气的粘性小。快速性好。这是因为压缩空气的粘性小。气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气废气可直接排入大气，不会造成污染，所以比液压驱动废气可直接排入大气，不会造成污染，所以比液压驱动干净。干净。通过调节气量可实现无级变速。通过调节气量可实现无级变速。2、气压驱动、气压驱动u气压驱动气压驱动由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有缓冲作用由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有缓冲作用结构简单，易于保养，成本低。结构简单，易于保养，成本低。由于工作压力低，所以功率质量比小，装置体积大由于工作压力低，所以功率质量比小，装置体积大基于气体的可压缩性，气压驱动很难保证较高的定位精基于气体的可压缩性，气压驱动很难保证较高的定位精度度使用后的压缩空气向大气排放时，会产生噪声使用后的压缩空气向大气排放时，会产生噪声压缩空气含冷凝水，使得气压系统易锈蚀。在低温下由压缩空气含冷凝水，使得气压系统易锈蚀。在低温下由于冷凝水结冰，有可能启动困难于冷凝水结冰，有可能启动困难但与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不但与液压驱动器相比，功率较小，刚度差，噪音大，速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。电动机驱动是利用各种电动机产生的力矩和力直电动机驱动是利用各种电动机产生的力矩和力直接或经过机械传动机构去驱动执行机构，以获得机接或经过机械传动机构去驱动执行机构，以获得机器人的各种运动。器人的各种运动。可分为普通可分为普通交、直交、直流电机驱动、流电机驱动、交、直交、直流伺服流伺服电机驱动、电机驱动、步进步进电机驱动等电机驱动等 电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效电动驱动器的能源简单，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高。率高，速度和位置精度都很高。但多与减速装置相联，直接驱动比较困难。但多与减速装置相联，直接驱动比较困难。电刷易磨损，且易形成火花，且成本较高电刷易磨损，且易形成火花，且成本较高3、电动机驱动、电动机驱动普通电机驱动普通电机驱动 在一些定位精度要求不高的机器人中，直流在一些定位精度要求不高的机器人中，直流电机能够实现无级调速，但直流电源价格较电机能够实现无级调速，但直流电源价格较高。另外，由于普通电机转子的转动惯量较高。另外，由于普通电机转子的转动惯量较大，反应灵敏性不如同功率的液压马达及交、大，反应灵敏性不如同功率的液压马达及交、直流伺服电机快。直流伺服电机快。直流伺服电机驱动：直流伺服电机驱动：直流伺服电机可分有刷及无刷两种。其优点是直流伺服电机可分有刷及无刷两种。其优点是动态特性好，它的体积小、出力大、效率高、动态特性好，它的体积小、出力大、效率高、速度可以任意选择，可以在很宽的速度范围内速度可以任意选择，可以在很宽的速度范围内保持高的效率。有刷伺服电机的缺点是因电剧保持高的效率。有刷伺服电机的缺点是因电剧的机械接触点的联接产生电火花，在易燃介质的机械接触点的联接产生电火花，在易燃介质下容易引起事故，并且电刷的摩擦、磨损带来下容易引起事故，并且电刷的摩擦、磨损带来了维护和寿命的问题。了维护和寿命的问题。直流电机常用于机器人中，详细第五章直流电机常用于机器人中，详细第五章 直流伺服电机有很多优点，但它的随着技术的直流伺服电机有很多优点，但它的随着技术的进步，近年来交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电进步，近年来交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电机而成为机器人的主要驱动器。机而成为机器人的主要驱动器。步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度小功率机器人系统。不大，多用于低精度小功率机器人系统。u 其它驱动器其它驱动器 作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金、作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金、在机器人机械系统中，驱动器通过在机器人机械系统中，驱动器通过联轴器联轴器带动传动装带动传动装置置(一般为减速器一般为减速器)，再通过关节轴带动杆件运动。，再通过关节轴带动杆件运动。机器人一般有两种运动关节机器人一般有两种运动关节转动关节转动关节和和移移(直直)动动关节。关节。为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和为了进行位置和速度控制，驱动系统中还包括位置和速度检测元件。检测元件类型很多，但都要求有合适的精速度检测元件。检测元件类型很多，但都要求有合适的精度、连接方式以及有利于控制的输出方式。对于伺服电机度、连接方式以及有利于控制的输出方式。对于伺服电机驱动，检测元件常与电机直接相联；对于液压驱动，则常驱动，检测元件常与电机直接相联；对于液压驱动，则常通过联轴器或销轴与被驱动的杆件相联。通过联轴器或销轴与被驱动的杆件相联。1码盘；码盘；2 测速机；测速机；3 电机；电机；4 联轴器；联轴器；5 传动装置；传动装置；6 转动关节；转动关节；7 杆杆 8 电机；电机；9 联轴器；联轴器；10 螺旋副；螺旋副；11 移动关节；移动关节；12 电位器电位器 (或光栅尺或光栅尺)驱动器的选择应以作业要求、生产环境为先决条件，驱动器的选择应以作业要求、生产环境为先决条件，以价格高低、技术水平为评价标准。一般说来，目前负以价格高低、技术水平为评价标准。一般说来，目前负荷为荷为100 kg100 kg以下的以下的,可优先考虑电动驱动器；只须点位可优先考虑电动驱动器；只须点位控制且功率较小者，可采用气动驱动器；负荷较大或机控制且功率较小者，可采用气动驱动器；负荷较大或机器人周围已有液压源的场合，可采用液压驱动器。器人周围已有液压源的场合，可采用液压驱动器。对于驱动器来说，最重要的是要求起动力矩大，调速对于驱动器来说，最重要的是要求起动力矩大，调速范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好的、与之范围宽，惯量小，尺寸小，同时还要有性能好的、与之配套的数字控制系统。配套的数字控制系统。二、驱动机构二、驱动机构 旋转驱动的旋转轴强度高、摩擦小、可靠性好在结构中尽旋转驱动的旋转轴强度高、摩擦小、可靠性好在结构中尽量使用，但在行走关节中使用旋转驱动实现关节伸缩缺点：量使用，但在行走关节中使用旋转驱动实现关节伸缩缺点：&高速运动时，关节伸缩的加速度可能产生振动。高速运动时，关节伸缩的加速度可能产生振动。&为了增加着地点的灵活性，必须要加直线驱动为了增加着地点的灵活性，必须要加直线驱动。1 1、直线驱动机构、直线驱动机构 由气缸或液压缸和活塞产生，也可以用齿轮齿条、丝由气缸或液压缸和活塞产生，也可以用齿轮齿条、丝杠、螺母等传动方式把旋转运动转换为直线运动。杠、螺母等传动方式把旋转运动转换为直线运动。2 2、旋转驱动机构、旋转驱动机构 电动机电动机传动装置传动装置安装：安装：机械臂的各个关节处机械臂的各个关节处作用：作用：在机器人停止工作时，手臂的位置不变，在机器人停止工作时，手臂的位置不变，电源故障式不会碰到其它物体。电源故障式不会碰到其它物体。如：丝杠、谐波齿轮等元件质量高，摩擦力小，如：丝杠、谐波齿轮等元件质量高，摩擦力小，驱动停止，在重力作用下部件滑落，损伤元件驱动停止，在重力作用下部件滑落，损伤元件u 制动器制动器