機器人應用技術第六章機器人動力與驅動系統驅動系統是驅使工業機器人機械臂運動的機構。機器人驅動的一般要求：1）驅動裝置的質量盡可能要輕。單位質量的輸出功率要高，效率高。2）反應速度要快。要求力質量比和力矩轉動慣量比要大。3）動作平滑，不產生沖擊。4）控制靈活，位移偏差和速度偏差小。5）安全可靠。6）操作維修方便。6.1機器人驅動系統概述第六章機器人動力與驅動系統根據能量轉換方式，將驅動器劃分為液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和新型驅動裝置。6.1.1液壓驅動特點液壓驅動所用的壓力為5～320kgf/cm2。1）能夠以較小的驅動器輸出較大的驅動力或力矩，即獲得較大的功率重量比。2）可以把驅動油缸直接做成關節的一部分，故結構簡單緊湊，剛性好。3）由于液體的不可壓縮性，定位精度比氣壓驅動高，并可實現任意位置的開停。4）液壓驅動調速比較簡單和平穩，能在很大調整范圍內實現無級調速。5）使用安全閥可簡單而有效的防止過載現象發生。6）液壓驅動具有潤滑性能好、壽命長等特點。7）油液容易泄漏。這不僅影響工作的穩定性與定位精度，而且會造成環境污染。8）因油液粘度隨溫度而變化，且在高溫與低溫條件下很難應用。9）因油液中容易混入氣泡、水分等，使系統的剛性降低，速度特性及定位精度變壞。10）需配備壓力源及復雜的管路系統，因此成本較高。噴漆機器人尤尼美特液壓機器人第六章機器人動力與驅動系統6.1.2氣壓驅動的特點氣壓驅動在工業機械手中用的較多。使用的壓力通常在0.4-0.6MPa，最高可達1MPa。1）快速性好，這是因為壓縮空氣的黏性小，流速大，一般壓縮空氣在管路中流速可達180m/s，而油液在管路中的流速僅為2.5-4.5m/s。2）氣源方便，一般工廠都有壓縮空氣站供應壓縮空氣，亦可由空氣壓縮機取得。3）廢氣可直接排入大氣不會造成污染，因而在任何位置只需一根高壓管連接即可工作，所以比液壓驅動干凈而簡單。4）通過調節氣量可實現無級變速。5）由于空氣的可壓縮性，氣壓驅動系統具有較好的緩沖作用。6）可以把驅動器做成關節的一部分，因而結構簡單、剛性好、成本低。7）因為工作壓力偏低，所以功率重量比小、驅動裝置體積大。8）基于氣體的可壓縮性，氣壓驅動很難保證較高的定位精度。第六章機器人動力與驅動系統9）使用后的壓縮空氣向大氣排放時，會產生噪聲。10）因壓縮空氣含冷凝水，使得氣壓系統易銹蝕，在低溫下易結冰。6.1.2氣壓驅動的特點活塞式空氣壓縮機氣缸氣動馬達第六章機器人動力與驅動系統6.1.3電氣驅動的特點電氣驅動比液壓及氣動驅動效率高，使用方便且成本低。大致可分為普通電機驅動、步進電機驅動和直線電機驅動三類。（1）普通電機驅動的特點普通電機包括交流電機、直流電機及伺服電機。交流電機一般不能進行調速或難以進行無級調速，即使是多速電機，也只能進行有限的有級調速。直流電機能夠實現無級調速，但直流電源價格較高，因而限制了它在大功率機器人上的應用。（2）步進電機驅動的特點步進電機驅動的速度和位移大小，可由電氣控制系統發出的脈沖數加以控制。由于步進電機的位移量與脈沖數嚴格成正比，故步進電機驅動可以達到較高的重復定位精度，但是步進電機速度不能太高，控制系統也比較復雜。第六章機器人動力與驅動系統6.1.3電氣驅動的特點（3）直線電機驅動的特點直線電機結構簡單、成本低，其動作速度與行程主要取決于其定子與轉子的長度，反接制動時，定位精度較低，必須增設緩沖及定位機構。步進電機實物圖伺服電動機實物圖第六章機器人動力與驅動系統6.1.4新型驅動裝置的特點隨著機器人技術的發展，出現了利用新工作原理制造的新型的驅動器，如磁致伸縮驅動器、壓電驅動器、靜電驅動器、形狀記憶合金驅動器、超聲波驅動器、人工肌肉、光驅動器等。（1）磁致伸縮驅動器磁性體的外部一旦加上磁場，則磁性體的外形尺寸發生變化（焦耳效應），這種現象稱為磁致伸縮現象。這種驅動器主要用于微小驅動場合。（2）壓電驅動器壓電材料是一種當它受到力作用時其表面上出現與外力成比例電荷的材料，相反，把電場加到壓電材料上，則壓電材料產生應變，輸出力或變位。利用這一特性制成的驅動器可以達到驅動亞微米級的精度。第六章機器人動力與驅動系統6.1.4新型驅動裝置的特點（3）靜電驅動器靜電驅動器利用電荷間的吸力和排斥力互相作用順序驅動電極而產生平移或旋轉的運動。（4）形狀記憶合金驅動器形狀記憶合金是一種特殊的合金，一旦使它記憶了任意形狀，即使它變形，當加熱到某一適當溫度時，則它恢復為變形前的形狀。已知的形狀記憶合金有Au-Cd、In-Tl、Ni-Ti，Cu-Al-Ni、Cu-Zn-Al等幾十種。（5）超聲波驅動器超聲波驅動器就是利用超聲波振動作為驅動力的一種驅動器，由于超聲波驅動器沒有鐵芯和線圈，結構簡單、體積小、重量輕、響應快、力矩大，不需配合減速裝置就可以低速運行，因此，很適合用于機器人、照相機和攝像機等驅動。第六章機器人動力與驅動系統6.1.4新型驅動裝置的特點（6）人工肌肉隨著機器人技術的發展，驅動器從傳統的電機—減速器的機械運動機制，向骨架腱肌肉的生物運動機制發展。人的手臂能完成各種柔順作業，為了實現骨骼肌肉的部分功