(6.1.1)--6.1机器人驱动系统概述.ppt

机器人应用技术第六章 机器人动力与驱动系统驱动系统是驱使工业机器人机械臂运动的机构。机器人驱动的一般要求：1）驱动装置的质量尽可能要轻。单位质量的输出功率要高，效率高。2）反应速度要快。要求力质量比和力矩转动惯量比要大。3）动作平滑，不产生冲击。4）控制灵活，位移偏差和速度偏差小。5）安全可靠。6）操作维修方便。6.1机器人驱动系统概述第六章 机器人动力与驱动系统根据能量转换方式，将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置。6.1.1 液压驱动特点 液压驱动所用的压力为5320kgf/cm2。1）能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。2）可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好。3）由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停。4）液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级调速。5）使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。6）液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。7）油液容易泄漏。这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染。8）因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。9）因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。10）需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。喷漆机器人尤尼美特液压机器人第六章 机器人动力与驱动系统6.1.2 气压驱动的特点气压驱动在工业机械手中用的较多。使用的压力通常在0.4-0.6MPa，最高可达1MPa。1）快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5m/s。2）气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。3）废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。4）通过调节气量可实现无级变速。5）由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。6）可以把驱动器做成关节的一部分，因而结构简单、刚性好、成本低。7）因为工作压力偏低，所以功率重量比小、驱动装置体积大。8）基于气体的可压缩性，气压驱动很难保证较高的定位精度。第六章 机器人动力与驱动系统9）使用后的压缩空气向大气排放时，会产生噪声。10）因压缩空气含冷凝水，使得气压系统易锈蚀，在低温下易结冰。6.1.2 气压驱动的特点活塞式空气压缩机气缸气动马达第六章 机器人动力与驱动系统6.1.3电气驱动的特点 电气驱动比液压及气动驱动效率高，使用方便且成本低。大致可分为普通电机驱动、步进电机驱动和直线电机驱动三类。（1）普通电机驱动的特点 普通电机包括交流电机、直流电机及伺服电机。交流电机一般不能进行调速或难以进行无级调速，即使是多速电机，也只能进行有限的有级调速。直流电机能够实现无级调速，但直流电源价格较高，因而限制了它在大功率机器人上的应用。（2）步进电机驱动的特点 步进电机驱动的速度和位移大小，可由电气控制系统发出的脉冲数加以控制。由于步进电机的位移量与脉冲数严格成正比，故步进电机驱动可以达到较高的重复定位精度，但是步进电机速度不能太高，控制系统也比较复杂。第六章 机器人动力与驱动系统6.1.3电气驱动的特点（3）直线电机驱动的特点 直线电机结构简单、成本低，其动作速度与行程主要取决于其定子与转子的长度，反接制动时，定位精度较低，必须增设缓冲及定位机构。步进电机实物图伺服电动机实物图第六章 机器人动力与驱动系统6.1.4 新型驱动装置的特点随着机器人技术的发展，出现了利用新工作原理制造的新型的驱动器，如磁致伸缩驱动器、压电驱动器、静电驱动器、形状记忆合金驱动器、超声波驱动器、人工肌肉、光驱动器等。（1）磁致伸缩驱动器 磁性体的外部一旦加上磁场，则磁性体的外形尺寸发生变化（焦耳效应），这种现象称为磁致伸缩现象。这种驱动器主要用于微小驱动场合。（2）压电驱动器 压电材料是一种当它受到力作用时其表面上出现与外力成比例电荷的材料，相反，把电场加到压电材料上，则压电材料产生应变，输出力或变位。利用这一特性制成的驱动器可以达到驱动亚微米级的精度。第六章 机器人动力与驱动系统6.1.4 新型驱动装置的特点（3）静电驱动器 静电驱动器利用电荷间的吸力和排斥力互相作用顺序驱动电极而产生平移或旋转的运动。（4）形状记忆合金驱动器 形状记忆合金是一种特殊的合金，一旦使它记忆了任意形状，即使它变形，当加热到某一适当温度时，则它恢复为变形前的形状。已知的形状记忆合金有Au-Cd、In-Tl、Ni-Ti，Cu-Al-Ni、Cu-Zn-Al等几十种。（5）超声波驱动器 超声波驱动器就是利用超声波振动作为驱动力的一种驱动器，由于超声波驱动器没有铁芯和线圈，结构简单、体积小、重量轻、响应快、力矩大，不需配合减速装置就可以低速运行，因此，很适合用于机器人、照相机和摄像机等驱动。第六章 机器人动力与驱动系统6.1.4 新型驱动装置的特点（6）人工肌肉 随着机器人技术的发展，驱动器从传统的电机减速器的机械运动机制，向骨架腱肌肉的生物运动机制发展。人的手臂能完成各种柔顺作业，为了实现骨骼肌肉的部分功能而研制的驱动装置称为人工肌肉驱动器。（7）光驱动器 某种强电介质受光照射，会产生几千伏/厘米的光感应电压。这种现象是压电效应和光致伸缩效应的结果。这是电介质内部存在不纯物、导致结晶严密不对称、在光激励过程中引起电荷移动而产生的。