有關機器人驅動器的調(diào)研匯報摘要：在現(xiàn)代發(fā)展中，機器人的重要性不停體現(xiàn)，在各個領域內(nèi)均有著機器人的身影。而機器人驅動器是維持機器人運動并實現(xiàn)多種運動必不可少的部分。本文重要簡介多種機器人驅動器的原理、特點以及應用，為機器人驅動研究提供參照。關鍵詞：機器人 驅動器 原理特點應用ResearchReportonRobotDriverAbstract：Inmoderndevelopment,theimportanceoftherobotcontinuestoreflect,presentingtherobotfigureinallareas.Therobotdriveristheessentialparttomaintainthemovementoftherobotandachieveallkindsofmovements.Thispapermainlyintroducestheprinciple,characteristicsandapplicationofvariousrobotdrivers,andprovidesreferenceforrobotdrivingresearch.Keywords：robot，robotdriver，principle，characteristic，application目錄TOC\o"1-3"\h\u41221前言 2209092電機驅動 2317612.1一般電機驅動 2147812.2步進電機驅動 3275502.3直線電機驅動 4289283液壓驅動 4155444氣壓驅動 5325535磁致伸縮驅動 5234166壓電驅動 6241537靜電驅動 6179828形狀記憶合金驅動器 6217989光驅動器 719481參照文獻 80序言伴隨各學科的進步，機器人驅動的方式不停發(fā)展，方式多樣。重要分為三大類：電氣驅動、流體驅動、新型驅動。而新型驅動方式根據(jù)原理不一樣，又能分為六種：磁致伸縮驅動、壓電驅動、形狀記憶合金驅動、靜電驅動、光驅動等。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王煒</Author><Year></Year><RecNum>47</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>47</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">47</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>王煒</author><author>秦現(xiàn)生</author></authors></contributors><auth-address>西北工業(yè)大學;</auth-address><titles><title>仿肌肉驅動器及其在仿生機器人中的應用</title><secondary-title>微特電機</secondary-title></titles><periodical><full-title>微特電機</full-title></periodical><pages>56-60</pages><number>06</number><keywords><keyword>仿肌肉驅動器</keyword><keyword>仿生機器人</keyword><keyword>仿生控制</keyword></keywords><dates><year></year></dates><isbn>1004-7018</isbn><call-num>31-1428/TM</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"王煒,#47"1]1電機驅動1.1一般電機驅動a)原理:直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產(chǎn)生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉受到的磁場方向將變化，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也變化，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，因此電機能保持一種方向轉動。b)特點:交流電機一般不能進行調(diào)速或難以進行無級調(diào)速，雖然是多速電機，也只能進行有限的有級調(diào)速；直流電機能實現(xiàn)無級調(diào)速，低速性能好，運行平穩(wěn)，轉速和轉矩輕易控制。換相器需要常常維護，電極刷易磨損，噪音大。實現(xiàn)了位置,速度和力矩的閉環(huán)控制;克服了步進電機失步的問題;高速性能好,抗過載能力強,低速運行平穩(wěn),動態(tài)響應時間短,發(fā)熱和噪申明顯減少。c)應用:應用于機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、激光加工設備、機器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等規(guī)定相對較高的設備。其中在機器人領域西南科技大學設計一款一般電機驅動的偵測型機器人。在這款機器人中，將兩臺直流電機布置在兩側履帶，一臺直流電機布置在兩側前擺臂，實現(xiàn)機器人前后左右轉動，同步對左右履帶電機做閉環(huán)鎖零控制，保證運動可靠性；在底盤上布置3臺電機，保證機器人在上下樓梯時在斜坡上可以?？?；云臺升降采用電機帶動，實現(xiàn)云臺的轉動。如圖1-1所示。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>于艦</Author><Year></Year><RecNum>45</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2;3]</style></DisplayText><record><rec-number>45</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">45</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>于艦</author></authors><tertiary-authors><author>時獻江,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>基于DSP的四足液壓機器人伺服驅動器的設計與研究</title></titles><keywords><keyword>液壓伺服系統(tǒng)</keyword><keyword>DSP</keyword><keyword>CAN總線</keyword><keyword>前饋PID</keyword></keywords><dates><year></year></dates><publisher>哈爾濱理工大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite><Cite><Author>楊煬</Author><Year></Year><RecNum>46</RecNum><record><rec-number>46</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">46</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>楊煬</author></authors><tertiary-authors><author>徐殿國,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>微小型高性能電機伺服驅動器設計</title></titles><keywords><keyword>仿人機器人</keyword><keyword>伺服驅動器</keyword><keyword>永磁同步電機</keyword><keyword>高功率密度</keyword></keywords><dates><year></year></dates><publisher>哈爾濱工業(yè)大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"于艦,#45"2;\o"楊煬,#46"3]圖1-1機器人構造{!!!INVALIDCITATION!!!,#0;于艦,#45;楊煬,#46;閆磊,#44;徐小龍,#43}2.2步進電機驅動a）原理:步進電動機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的機電元件。步進電動機的輸入量是脈沖序列，輸出量則為對應的增量位移或步進運動。正常運動狀況下，它每轉一周具有固定的步數(shù)；做持續(xù)步進運動時，其旋轉轉速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。b）特點:(1)反應式步進電動機(VR)。反應式步進電動機構造簡樸，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動態(tài)性能差。(2)永磁式步進電動機(PM)。永磁式步進電動機出力大，動態(tài)性能好；但步距角大.(3)混合式步進電動機(HB)。混合式步進電動機綜合了反應式、永磁式步進電動機兩者的長處，它的步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進電動機。它有時也稱作永磁感應子式步進電動機。c)應用:伴隨微電子和計算機技術的發(fā)展,步進電機廣泛應用于數(shù)控領域和電子計算機的外圍設備中,同步也在軍用儀器和醫(yī)療設備得到廣泛應用.此外也用于某些特殊用途的機器人驅動器。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>魯有宏</Author><Year>1987</Year><RecNum>48</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>48</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">48</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>魯有宏</author></authors></contributors><auth-address>華東工學院</auth-address><titles><title>步進電機電子驅動器及其在機器人中的運用</title><secondary-title>電氣傳動</secondary-title></titles><periodical><full-title>電氣傳動</full-title></periodical><pages>46-51+63</pages><number>01</number><keywords><keyword>機器人</keyword><keyword>步進電機</keyword><keyword>電子驅動器</keyword></keywords><dates><year>1987</year></dates><isbn>1001-2095</isbn><call-num>12-1067/TP</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"魯有宏,1987#48"4]如意大利的SUPERSIGMA機器人，波蘭華沙航空工程和運用機械技術大學研究機構研究制造的機器人等。2.3直線電機驅動a）原理：在直線電機中通入三相電流后，會在氣隙中產(chǎn)生磁場，假如不考慮端部效應，磁場在直線方向呈正弦分布，只是這個磁場是平移而不是旋轉的，因此稱為行波磁場。行波磁場與磁極互相作用便產(chǎn)生電磁推力，驅動動子沿定子作往復直線運動。b)特點：由于系統(tǒng)中取消了某些時間響應常數(shù)大的機械傳動件，因此系統(tǒng)動態(tài)響應性能大大提高，反應敏捷；通過直線位置檢測反饋控制，大大提高定位精度；由于“直接驅動”，防止了運動滯后現(xiàn)象，提高了傳動剛度；能實現(xiàn)啟動時瞬間到達高速，高速運行時又能瞬間準停；行程長度不受限制，運動安靜，噪聲低，效率高。c)應用：最常見的有管道內(nèi)壁清潔機器人，此外在波及生產(chǎn)流水線系統(tǒng)高速機器人，包括單軸機械手，工作滑臺等。其中工作滑臺與直線移動的直線電機相連，并且工作滑臺連接有四軸機械手，在流水線生產(chǎn)過程中，直線電機帶動滑臺移動，保證機械手的范圍與生產(chǎn)線的相對靜止，實現(xiàn)一種相對靜止的工作環(huán)境。3液壓驅動a）原理：由于液壓油液具有不可壓縮性，依托液體介質的靜壓力，完畢能量的積壓，傳遞，進而實現(xiàn)機械傳動。b）特點：獲得較大的功率重量比，構造簡樸緊湊，剛性好，定位精度高，平穩(wěn)，能有效防止過載現(xiàn)象發(fā)生；油液輕易泄露，油液粘度多變，對環(huán)境溫度規(guī)定高，油液中輕易混入雜質。c）應用：適于在承載能力大，慣量大以及在防旱環(huán)境中工作的機器人中應用。山東大學提出一種液壓驅動四足機器人，實目前復雜地形環(huán)境下攜帶大負載進行作業(yè)，具有迅速響應的能力。液壓驅動系統(tǒng)剛度好，精度高，響應快，易于在大的速度范圍內(nèi)工作，可以明顯增強機器人的負載能力，在獲物載運量和迅速性方面更具優(yōu)勢。這種機器人由液壓放大元件和執(zhí)行元件構成直接控制負載的液壓拖動系統(tǒng)，并采用閥控液壓缸系統(tǒng)驅動。機器人再輔以位置控制和速度控制，可以有效彌補閥控液壓缸系統(tǒng)非線性、不確定性的特點。4氣壓驅動a）原理：以壓縮機為動力源，壓縮空氣為工作介質，來進行能量傳遞和控制的驅動方式。b）特點：由于壓縮空氣的粘性小，流速大，因此迅速性好；氣源以便，一般工廠均有空氣壓縮站提供；廢氣直接排入大氣不會導致污染；通過調(diào)整氣量可實現(xiàn)無級變速；由于空氣的可壓縮性，氣壓系統(tǒng)具有很好的緩沖作用；構造簡樸，剛性好，成本低；基于空氣的壓縮性，氣壓驅動很難保證很高的定位精度；向大氣排放廢氣時，會產(chǎn)生噪聲；因壓縮空氣含冷凝水，使得氣壓系統(tǒng)易銹蝕。c）應用：最常見的有生產(chǎn)線上氣動助力機械手；在智能軟體機器人領域也有重大應用，如“小章魚”機器人是世界上第一種完全軟體的且自我驅動的機器，3D打印軟體四足機器人等，作為氣動業(yè)全球領先廠商的德國Festo會選推出類似各類昆蟲機器人。圖3-1自驅動軟體“小章魚”原理：世界上第一種完全軟體自驅動機器人，用“氣動”替代“電動”?！靶≌卖~”依托體內(nèi)的化學反應供能，在這個化學反應里，少許的過氧化氫轉變成大量氣體，這些氣體流入“小章魚”的手臂，給手臂充氣而引起運動。圖3-2“小章魚”電子振蕩器模擬電路上圖模擬了簡樸的電子振蕩器，以控制過氧化氫反應的時機，實現(xiàn)自我驅動。5磁致伸縮驅動a）原理：磁性體的外部一旦加上磁場，則磁性體的外形尺寸發(fā)生變化（焦耳效應），這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象。此時，假如磁性體在磁化方向上的長度增大，則稱為正磁致伸縮；相反，則稱為負磁致伸縮。從外部對磁性體施加壓力，則磁性體的磁化狀態(tài)會發(fā)生變化（維拉利效應），則稱為逆磁致伸縮現(xiàn)象。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉慧芳</Author><Year></Year><RecNum>52</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>52</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">52</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉慧芳</author></authors><tertiary-authors><author>賈振元,</author><author>王福吉,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>超磁致伸縮材料力傳感執(zhí)行器關鍵技術研究</title></titles><keywords><keyword>超磁致伸縮材料</keyword><keyword>磁致伸縮正逆耦合效應</keyword><keyword>力傳感執(zhí)行器</keyword><keyword>解禍</keyword></keywords><dates><year></year></dates><publisher>大連理工大學</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"劉慧芳,#52"5]b）長處：辨別率高（微米級）、反應速度快（微秒級）、輸出力大、產(chǎn)生位移大、體積小、驅動電壓低、傳動無間隙等；穩(wěn)定性好，可靠性高，其磁致伸縮性能不隨時間而變化，無疲勞，無過熱失效問題。缺陷：磁滯特性、預壓力特性（預壓力時會得到更大的磁致伸縮系數(shù)，同步系數(shù)與場強的非線性更強）、彈性模量非線性（與預壓力有關）、溫度特性（對伸縮率影響大）、渦流特性（高頻時對工作性能影響大）。c）應用：伺服閥、轉動式步進馬達（扭矩輸出12.2N·m，精度高達800微弧度）。超磁致伸縮執(zhí)行器（較成熟）產(chǎn)生的微位移實現(xiàn)高辨別率的微進給、小尺寸非圓車削、深孔與異形孔加工、機床的振動積極控制等微小驅動場所。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李永</Author><Year></Year><RecNum>51</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>51</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">51</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>李永</author></authors><tertiary-authors><author>林明星,</author><author>張承瑞,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>超磁致伸縮致動器驅動系統(tǒng)關鍵技術研究</title></titles><keywords><keyword>超磁致伸縮致動器</keyword><keyword>非線性動態(tài)模型</keyword><keyword>廣義預測控制</keyword><keyword>半橋斬波</keyword><keyword>模型降階</keyword></keywords><dates><year></year></dates><publisher>山東大學</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"李永,#51"6]6壓電驅動a）原理：含氟聚合物聚偏氟乙烯（PVDF），當受到外界沖擊或振動時，壓電材料原子層的偶極子的排列次序被打亂，并試圖恢復原有狀態(tài)，從而產(chǎn)生電子流進而產(chǎn)生電荷；相反，當給壓電薄膜接通變化的電壓信號，會使的薄膜的上下運動或振動，從而產(chǎn)生動力。b）長處：有更好的柔韌性，壓電振子可以在更高頻率下運行，更合用于交變載荷，壽命更長。缺陷：變形較小（多層，壓電堆疊），變形非線性，大變形時受外界影響較大，驅動器用材料及新工藝、大行程高精度（幾毫米）、較高電場（大變形）時的非線性、遲滯和蠕變（控制系統(tǒng)優(yōu)化）。c）應用：水聽器（水下傳聲器，聲信號轉換為電信號），動態(tài)稱重，用于管道監(jiān)測的雙壓電薄膜驅動微機器人。7靜電驅動a）原理：靜電驅動是運用靜電間的庫侖力，通過通入步進電壓使得固定與可動部件的電容周期不一樣，從而產(chǎn)生相對運動的一種驅動方式。靜電驅動器運用電荷間的吸力和排斥力互相作用次序驅動電極而產(chǎn)生平移或旋轉的運動。因靜電作用屬于表面力，它和元件尺寸的二次方成正比，在微小尺寸變化時，可以產(chǎn)生很大的能量。b）特點：靜電驅動器具有高敏捷度、高精度、響應速度快、構造設計加工簡樸等特點，可與控制電路實現(xiàn)單片集成，但驅動范圍相對較小，輸出驅動力遠不不小于電機。c）應用：靜電驅動器是微機電系統(tǒng)(MEMS）中一種重要的驅動裝置，大量應用于微泵、微馬達、微諧振器、加速度計等微器件中。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>謝蛟</Author><Year></Year><RecNum>50</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>50</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">50</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>謝蛟</author></authors><tertiary-authors><author>謝進,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>諧振式微靜電驅動系統(tǒng)的非線性分析與控制</title></titles><keywords><keyword>MEMS</keyword><keyword>微靜電驅動構造</keyword><keyword>剛度</keyword><keyword>非線性</keyword><keyword>諧振器</keyword></keywords><dates><year></year></dates><publisher>西南交通大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"謝蛟,#50"7]8形狀記憶合金驅動器a)原理:形狀記憶效應是指發(fā)生馬氏體相變的合金形變后，又答復到形變前固有形狀的現(xiàn)象。形狀記憶合金驅動器運用高溫和低溫互相轉變過程中產(chǎn)生的變形或者答復力到達驅動的目的。目前常用的形狀記憶合金驅動器有溫控和磁控兩種。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>徐小兵</Author><Year></Year><RecNum>57</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>57</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">57</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>徐小兵</author><author>鄧荊江</author></authors></contributors><auth-address>長江大學機械工程學院;江漢石油管理局技術監(jiān)督處;</auth-address><titles><title>形狀記憶合金驅動器的研究現(xiàn)實狀況及展望</title><secondary-title>機械研究與應用</secondary-title></titles><periodical><full-title>機械研究與應用</full-title></periodical><pages>187-190</pages><number>06</number><keywords><keyword>智能材料</keyword><keyword>形狀記憶合金</keyword><keyword>驅動器</keyword></keywords><dates><year></year></dates><isbn>1007-4414</isbn><call-num>62-1066/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"徐小兵,#57"8]b)特點：與磁致伸縮驅動器和壓電驅動器相比，形狀記憶何家勁驅動器具有較大的驅動行程，較高的工作和斷裂能力。溫控形狀記憶合金驅動器具有非常高的能量密度，但響應頻率低。相反，磁控形狀記憶合金驅動器的能量密度是磁致伸縮驅動器和壓電驅動器的幾倍到幾十倍，但仍有較大的響應頻率。詳細參數(shù)如下表。材料溫控形狀記憶合金驅動器磁控形狀記憶合金驅動器磁致伸縮驅動器壓電驅動器最大形變（%）860.20.2最大頻率(Hz)5100005000050000能量密度(kJm3)300090272工作應力(N/mm2)150/5050斷裂應力(N/mm2)900/700600綜上所述，形狀記憶合金驅動器具有驅動迅速、驅動力大、高阻尼、抗疲勞效應、抗腐蝕能力、構造簡樸、不噪音、驅動電壓低等特點。但溫控驅動器響應頻率較低，磁控驅動器具有磁致非線性問題。c）應用：壓電驅動器因壓電效應的雙向性，因而兼有傳感和執(zhí)行雙重功能，用途廣泛?？捎糜跈C器人等的定位裝置、緊固件等的連接裝置、流體閥門、振動裝置等等。9光驅動器a）原理：光驅動根據(jù)驅動的介質不一樣分固體光驅動和流體光驅動。固體光驅動重要是應用光致形變材料在光照下的形變來輸出驅動力；而流體光驅動則是在光照條件下構造不對稱的梯度場，從而形成微流驅動馬達。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>董任峰</Author><Year></Year><RecNum>62</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>62</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">62</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>董任峰</author><author>任碧野