机器人的驱动系统.ppt

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1、工业机器人应用技术模块四机器人的驱动系统机器人驱动系统概述1机器人驱动系统比较2机器人液压驱动系统3机器人气压驱动系统4机器人电气驱动系统4本模块主要介绍机器人的驱动系统，内容包括机器人的直接驱动方式与间接驱动方式，液压、气压、电动驱动的元件与特点，液压驱动系统的组成与工作原理，液压驱动系统的主要设备；气压驱动系统的组成与工作原理，气压驱动系统的主要设备；直流电动机与直流伺服电动机的结构原理与参数，步进电动机的结构原理。单元提要学习完本模块的内容后，学生应能够了解机器人的驱动方式，掌握不同类型机器人驱动元件的性能与特点，能够熟练地分析机器人的驱动机构和驱动方式；掌握机器人的液压驱动系

2、统的组成，熟悉液压驱动系统主要设备的工作机理；能够分析液压驱动系统的流程，能够找出液压驱动系统的故障环节。掌握机器人的气压驱动系统的组成，熟悉气压驱动系统主要设备的工作机理；能够分析气压驱动系统的流程，能够找出气压驱动系统的故障环节。了解伺服系统与伺服电动机的要点，掌握直流电动机与直流伺服电动机的结构原理，掌握步进电动机的结构原理。学习要求学习单元一机器人的驱动系统机器人中连接运动部分的机构称为关节。关节有转动型和移动型，分别称为转动关节和移动关节。（1)转动关节。转动关节就是在机器人中简称为关节，是机器人的连接部分，它既连接各机构，又传递各机构间的回转运动（摆动），用于基座与臂部、

3、臂部与臂部、臂部与手部等连接部位。关节由回转轴、轴承和驱动机构组成。1.关节与轴承1）关节一、驱动方式图4-1转动关节的形式一、驱动方式①驱动机构与回转轴同轴式。驱动机构与回转轴同轴式的驱动机构直接驱动回转轴，有较高的定位精度。但是，为减轻重量，要选择小型减速器并增加臂部的刚性。它适用于水平多关节型机器人。②驱动机构与回转轴正交式。重量大的减速机构安放在基座上，通过臂部的齿轮、链条传递运动。这种形式适用于要求臂部结构紧凑的场合。一、驱动方式③外部驱动机构驱动臂部的形式。外部驱动机构驱动臂部的形式适合于传递大转矩的回转运动，采用的传动机构有滚珠丝杠、液压缸和气缸。④驱动电动机安装在关节

4、内部的形式。驱动电动机安装在关节内部的形式称为直接驱动形式。一、驱动方式一、驱动方式①滚动导轨按滚动体分为球、圆柱滚子和滚针。②滚动导轨按轨道分为圆轴式、平面式和滚道式。③滚动导轨按滚动体是否循环分为循环式和非循环式。这些滚动导轨各有特点，装有滚珠的滚动导轨适用于中小载荷和小摩擦的场合，装有滚柱的滚动导轨适用于重载和高刚性的场合。受轻载滚柱的特性接近于线性弹簧，呈硬弹簧特性；滚珠的特性接近于非线性弹簧，刚性要求高时应施加一定的预紧力。一、驱动方式2）轴承机器人中轴承起着相当重要的作用，用于转动关节的轴承有多种形式，球轴承是机器人结构中最常用的轴承。球轴承能承受径向和轴向载荷，摩擦较小

5、，对轴和轴承座的刚度不敏感。图4-2（a）所示为普通向心球轴承，图4-2（b）所示为向心推力球轴承。这两种轴承的每个球和滚道之间只有两点接触（一点与内滚道，另一点与外滚道）。为实现预载，此种轴承必须成对使用。图4-2（c）所示为四点接触球轴承。该轴承的滚道是尖拱式半圆，球与每个滚道两点接触，该轴承通过两内滚道之间适当的过盈量实现预紧。因此，四点接触球轴承的优点是无间隙，能承受双向轴向载荷，尺寸小，承载能力和刚度比同样大小的一般球轴承高1.5倍；缺点是价格较高。一、驱动方式图4-2基本耐磨球轴承一、驱动方式直接驱动方式是指驱动器的输出轴和机器人手臂的关节轴直接相连的方式。直接驱动方式的

6、驱动器和关节之间的机械系统较少，因而能够减少摩擦等非线性因素的影响，控制性能比较好。然而，为了直接驱动手臂的关节，驱动器的输出转矩必须很大。此外，由于不能忽略动力学对手臂运动的影响，控制系统还必须考虑到手臂的动力学问题。一、驱动方式高输出转矩的驱动器有油缸式液压装置和力矩电动机等，其中液压装置在结构和摩擦等方面的非线性因素很强，所以很难体现出直接驱动的优点。因此，在20世纪80年代所开发的力矩电动机采用了非线性的轴承机械系统，得到了优良的逆向驱动能力（以关节一侧带动驱动器的输出轴）。图4-3使用力矩电动机的直接驱动方式的关节机构实例一、驱动方式使用这样的直接驱动方式的机器人通常称为D

7、D机器人(directdriverobot，DDR)。DD机器人驱动电动机通过机械接口直接与关节连接，驱动电动机和关节之间没有速度和转矩的转换。日本、美国等工业发达国家已经开发出性能优异的DD机器人。美国Adept公司研制出带有视觉功能的四自由度平面关节型DD机器人。日本大日机工公司研制成功了五自由度关节型DD600V机器人，其性能指标为：最大工作范围为1.2m，可搬重量为5kg，最大运动速度为8.2m/s，重复定位精度为0.05mm。一、驱动方式一、驱