机器人的驱动与传动装置(2011)

4.1机器人驱动装置的类型和特点 第四章机器人的驱动装置及选择机器人执行机构驱动装置控制系统感知系统手部腕部臂部腰部电驱动装置液压驱动装置气压驱动装置处理器关节伺服控制器内部传感器外部传感器基座固定或移动传动装置21．电动驱动装置类型和特点电动驱动装置的能源简单，速度变化范围大，效率高，转动惯性小，速度和位置精度都很高，但它们多与减速装置相联，直接驱动比较困难。电动驱动装置的类型很多，可分为以下几种类型。力矩电机电驱动交流伺服电机驱动直流伺服电机驱动（包括直线电机）步进电机伺服驱动舵机驱动有刷无刷32．液压驱动装置类型和特点液压驱动装置的优点是功率大，可省去减速装置而直接与被驱动的杆件相连，结构紧凑，刚度好，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，易产生液体泄漏，不适合高、低温及有洁净要求的场合。故液压驱动装置目前多用于特大功率的操作机器人系统或机器人化工程机械。液压驱动装置可分为以下几种类型。液压驱动液压马达液压缸回转马达摆动马达4液压马达液压摆动马达液压控制阀液压泵液压缸53．气动驱动装置类型及特点气动驱动装置的结构简单，清洁，动作灵敏，具有缓冲作用。但也需要增设气压源，且与液压驱动装置相比，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、但有洁净、防爆等要求的点位控制机器人。气动驱动装置可分为以下几种类型。气动驱动气动马达气缸回转马达摆动马达6气动回转马达气动摆动马达气缸气泵气动三大件气动控制阀71．直流伺服电机直流(DC)伺服电机转动惯性小，启停反应快，速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高，但结构复杂。4.2伺服电机的特点及应用工作原理直流伺服电机具有很高的性价比，一直是机器人平台的标准电机。但它的电刷易磨损，且易形成火花；因而产生了无刷电机，采用霍尔电路进行换向。直流电机维护不便是其瓶颈。直流伺服电机特性曲线8直流伺服电机与驱动放大器¾直流伺服电机的主要技术参数9额定输入电压9空载转速9堵转转矩9输出功率9空载电流9转矩系数9电枢电阻9电枢感应系数9最大效率9最大径向载荷9最大轴向载荷92．交流伺服电机交流(AC)伺服电机无需电刷，运行平稳，效率高，维护方便，在许多领域已逐步取代了直流伺服电机，工业机器人中也有广泛的应用。运动控制的交流伺服电机一般为同步电机。交流伺服电机驱动放大器交流伺服电机的主要技术参数与直流伺服电机相近，但体积和质量相对要大些。10舵机舵机是集成了减速器、检测元件和控制板的微小型直流电机。体积小、成本低，控制方便，但功率较小。舵机的转动范围一般在60°~180°之间，由于内部设置了一个电位器，可随时检测输出轴的位置，因此可以实现闭环控制，多用于低成本的个人机器人和模型机。4.3舵机的特点及应用舵机控制脉冲生成器电路图11¾舵机的脉冲比例调制（PPM）电路S3003舵机的电路图124.4步进电机的特点及应用步进电机是一种无刷电机，其磁体装在转子上，绕组装在机壳上。步进电机本质上是一种低速电机，控制方便，可以实行精确运动，最佳工作转速为50~100r/min。¾主要技术参数——13步进电机驱动多为开环控制，控制简单但功率不大，有较好的制动效果。但在速度很低或大负载情况下，可能产生丢步现象；而且，随着输入频率的增高，输出转矩下降较快，因此，多用于低精度小功率机器人系统。14步进电机步进电机驱动放大器TTL单极性控制器/驱动电路CMOS单极性控制器/驱动电路15TTL单极性控制器/驱动电路CMOS单极性控制器/驱动电路UCN5804芯片步进时钟电路MCN3479芯片16作为特殊的驱动装置，有压电晶体、形状记忆合金等压电微驱动并联机器人形状记忆合金驱动机器人手4.5其它驱动装置17¾驱动装置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，目前负荷为100kg以下的机器人,可优先考虑电驱动装置，并根据机装置人的用途选择合适的电机。只须点位控制且功率较小者，或有防暴、清洁等特殊要求者，可采用气动驱动装置。负荷较大或机器人周围已有液压源的场合，可采用液压驱动装置。¾对于驱动装置来说，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、与之配套的数字控制系统。4.6驱动装置的选择及安装1．驱动装置的选择18¾底座安装——较大体积的驱动装置。¾法兰安装——中小型驱动装置。¾卡箍安装——微小型驱动装置。¾临时安装——微小型驱动装置。2．驱动装置的安装19思考题：1、机器人常用的驱动方式及其特点2、电驱动装置的主要类型及其特点3、直流电机的主要技术参数有哪些？主要参考文献：（1）柳洪义，宋伟刚编著，《机器人技术基础》，冶金工业出版社，2002（2）[美]JohnJ.Craig著，贠远超译，机器人学导论，机械工业出版社，2006.6（3）[美]丹尼斯.克拉克等著，宗光华等译，机器人设计与控制，科学出版社，2004.5.（4）龚振邦等，《机器人机械设计》，电子工业出版社，1995