第4章机器人驱动系统讲解学习
第四章 机器人的驱动与传动装置
步进电机
步进电机驱动放大器
14
15
4.5 其它驱动器
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
16
4.6 驱动器的选择及安装
1．驱动器的选择
驱动器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100 kg以下的,可优先考虑电 动驱动器，并根据机器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，可采用气动驱动器。
负荷较大或机器人周围已有液压源的场合，可采用液 压驱动器。
对于驱动器来说，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。
17
2．驱动器的安装 底座安装——较大体积的驱动器。 法兰安装——中小型驱动器。 卡箍安装——微小型驱动器。 临时安装——微小型驱动器。
第四章 机器人的驱动装置及选择
4.1 机器人驱动装置的类型和特点
机器人
执行机构
传动装置
驱动装置
控制系统
感知系统
手腕臂腰 部部部部
（ 固基
定 或
移座
动
）
电 驱 动 装 置
液 压 驱 动 装 置
气 压 驱 动 装 置
关
节
处 理 器
伺 服 控 制
器
内外 部部 传传 感感 器器
1．电动驱动器类型和特点
气动驱动器可分为以下几种类型。
气缸 气动驱动
气动马达
回转马达 摆动马达
5
气缸
气动回转马达
气动摆动马达
机器人驱动系统知识
机器人驱动系统知识机器人驱动系统是指为机器人提供运动能力的核心部分。
它是机器人的“动力源”，驱动着机器人在各种环境下进行移动、操作和执行任务。
本文将介绍机器人驱动系统的基本知识，包括驱动系统的分类、驱动方式、传感器应用以及未来发展趋势。
1. 驱动系统的分类机器人驱动系统根据其驱动方式可以分为以下几类：电动驱动、液压驱动和气动驱动。
其中，电动驱动是最常用的一种方式，通过电动机、减速器和联轴器等组件将电能转化为机械能，驱动机器人的运动。
液压驱动则利用液体的力学性质来实现机器人的运动，适用于需要大力矩和高速度的场合。
气动驱动是利用气动元件如气缸和气动马达来驱动机器人，具有简单、结构紧凑等优点。
2. 驱动方式机器人驱动系统的驱动方式主要有两种：直接驱动和间接驱动。
直接驱动是指驱动源与机器人关节直接连接，例如电动机直接驱动机器人关节运动。
间接驱动则是通过传动机构将驱动力传递给机器人关节或末端执行器，例如采用齿轮传动、链条传动等方式。
3. 传感器应用传感器在机器人驱动系统中起着至关重要的作用。
通过传感器的检测和反馈，机器人可以实时掌握自身的位置、速度、力量等关键信息，从而实现精准的控制和运动。
常用的传感器包括位置传感器、力矩传感器、速度传感器等。
位置传感器用于检测机器人关节的角度和位置信息，力矩传感器用于测量机器人关节的力矩和扭矩，速度传感器则用于测量机器人的运动速度。
4. 未来发展趋势机器人驱动系统在未来的发展中，将朝着以下几个方向发展。
首先，驱动系统将更加智能化，利用先进的控制算法和人工智能技术，实现机器人的自主决策和运动规划。
其次，驱动系统将更加紧凑、高效，采用新材料和新工艺，提高驱动效能和系统性能。
第三，驱动系统将更加可靠、稳定，引入故障检测和容错机制，提高机器人的工作可靠性和稳定性。
总结机器人驱动系统是机器人的核心部分，为机器人提供了运动能力。
本文介绍了驱动系统的分类、驱动方式、传感器应用以及未来发展趋势。
《机器人技术与应用》第4章 机器人的驱动系统
5
机电工程学院
4.1 机器人的驱动方式 3. 驱动系统的驱动方式
直 角 坐 标 型 圆 柱 坐 标 型
6
球 坐 标 型
关 节 型
机电工程学院
4.1 机器人的驱动方式 3. 驱动系统的驱动方式
（1）直线驱动方式
实现方式：直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可用滚珠丝 杠螺母、齿轮齿条等。
7
机电工程学院
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机电工程学院
4.1 机器人的驱动方式 谐波齿轮 传动比：
如果刚轮1不动 如果柔轮6静止
Z 7− Z 2 i31 = Z2 Z7 i35 = Z 2− Z 7
1—刚轮；2—刚轮内齿圈；3—输入轴； 4—谐波发生器；5—轴；6—柔轮；7—柔轮齿圈
17 机电工程学院
4.1 机器人的驱动方式 谐波齿轮工作特点：
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机电工程学院
4.1 机器人的驱动方式 3. 驱动系统的驱动方式
（1）直线驱动方式
实现方式：直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可用滚珠丝 杠螺母、齿轮齿条等。
齿轮齿条传动机构
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机电工程学院
4.1 机器人的驱动方式 3. 驱动系统的驱动方式
（2）旋转驱动方式
①普通电动机和伺服电动机能够直接产生旋转运动，但是， 输出力矩小、转速高。 也可以采用直线液压缸或直线气缸驱动，此时需要将直线运 动转换成旋转运动。 ②运动的传递和转换方法：齿轮传动链传动、同步带传动、 谐波齿轮传动、绳传动与钢带传动等。 ③旋转驱动的优点：旋转轴强度高、摩擦小、可靠性好。
机电工程学院
4.2 液压驱动系统 1. 液压伺服系统的组成和特点 液压驱动系统的优点
单位面积压力高，体积小，具有大的推力或转矩； 可压缩性小，工作平稳可靠，位置精度高； 力、速度和方向易实现自动控制； 具有防锈性和润滑性能，寿命长。
第四章__机器人动力学ppt课件
pdii1npzii1opzji1apzk
pi 0i0j0k
§ 4.2 机械手动力学方程
n
Dij Tra(TcpepjIppiTpT) pmai,xj
n
mp piTkppjpdi•pdjprp(pdipjpdjpj)
pmai,xj
其中 kp
kkp2p2xxxy
kp2xz
kp2xy k2
pyy
力矩T1和T2的动力学表达式的一般形式和矩阵表达式为： T 1 D 1 1 1 D 1 2 D 1 1 1 2 1 D 1 2 2 2 2 D 1 1 1 2 2 D 1 2 2 1 1 D 1 （4.1-8) T 2 D 2 1 1 D 2 2 D 2 1 1 2 1 D 2 2 2 2 2 D 2 1 1 2 2 D 2 2 2 1 1 D 2 （4.1-9)
n
D i i m pp i 2 T x k p 2 x p i 2 x T y k p 2 y p i 2 y T z k p 2 zp d z i • p d i 2 p r p • ( p d i p i)
p m i ,jax
如果为旋转关节
n
D i i m p n 2 p T k p 2 x o x 2 p T k x p 2 y a y 2 p T k y p 2 z z p p • z p p 2 p r p • ( p p • n p ) i ( p p • o p ) j ( p p • a p ) k
惯量项和重力项在机器人的控制中特别重要，它们影响到系统的稳定性 和定位精度。向心力和哥氏力仅当机器人高速运动时才有意义。
§ 4.2 机械手动力学方程
4.2.2 动力学方程的简化
1 惯量项Dij的简化
机器人学导论第4章1PPT课件
即在易使工具与环境脱离接触或产生很大作用 力的方向采用柔顺控制。其方法是：假想在此方向， 末端刚度很低，对其采用力控制。
§4.2 力和力矩分析
4.2.1 力和力矩的平衡 这一节推导表示机械手静力学特性的基本方
程。我们首先考虑在开环运动链上的一个单独连 接的自由实体的图形。图4-1表示作用在连杆i上 的力和力矩。连杆i通过关节i+1与连杆i-1和连杆
第4章 力分析及柔顺控制
学习内容： 1 动力学分析 2 静力学分析 3 坐标系间力和力矩的变换 4 柔顺控制
学习重点： 1 动力学方程的简化 2 柔顺坐标系
为了使物体加速必须对其施加力，使旋转物体 产生角加速度必须对其施加力矩，所施加力、力 矩大小为：
Fma TI
为使机器人连杆加速，驱动器必须有足够大 的力、力矩驱动机器人连杆和关节，以使他们能 以期望的加速度和速度运动。为此，必须计算每 个驱动器所需的驱动力。设计者可根据这些方程 并考虑机器人外部载荷计算出驱动器可能承受的 最大载荷，并进而设计出能够提供足够力及力矩 的驱动器。
N i 1 , i N i , i 1 ( r i 1 , i r i , c i ) f i 1 , i ( r i , c i ） （ f i , i 1 ) 0i 1 , n ,(4
这里ri-1,i是从Oi-1到Oi的3×1位置矢量，而 ri,ci表示从Oi到Ci的位置矢量。力fi-1,i和力矩Ni1,i是相邻连杆i和i-1之间的耦合力和力矩。
Fmxkx
用牛顿方程：
Fma
பைடு நூலகம்
d (mx) mx dt
Fkxma Fm akx
机械手和环境之间的接触将在接触处产生相互 作用的力和力矩。每个机械手的关节运动都是由各 自的执行装置驱动的。相应的关节输入力矩，经手 臂的连杆传送到抓具，并在抓具处引起对环境的力 和力矩。
《机器人技术基础》第四章 机器人动力学
人
4.2 机械手动力学方程
动
力
学
4.1.1 拉格朗日方法
机器人是一个具有多输入和多输出的复杂的 运动学系统，存在严重的非线性，需要非常复杂 的方法来处理。
动力学处理方法： Lagrange , Newton-Euler, Gauss,Kane, Screw, Roberson-Wittenburg
2 )
d
dt
L
1
(m1 m2 )l12
m2l22
2m2l1l2
cos
2
1
(
m2
l
2 2
m2l1l2 cos 2 )2
2m2l1l2 si n212 m2l1l2 si n22L1Fra bibliotek(m1
m2 )gl1
s i n1
m2 gl2
s i n (1
2)
4.1.2 拉格朗日方程
⑤求出机器人动力学方程：
)
然后求微分，则其速度就为：
x2 y 2
l1 l1
co s11 sin 11
l2 l2
cos(1 2 )(1 2 ) sin(1 2 )(1 2 )
θ1
关节2
m1
（x1, y1)
l2
θ2 m2
（x2, y2 )
由此可得连杆的速度平方值为：
v22 x22 y22 l1212 l22(12 212 22 ) 2l1l2 cos2(12 12 )
m2 gl2 sin(1 2 )
T2 (m2l22 m2l1l2 cos2 )1 m2l222 m2l1l2 sin 21
m2 gl2 sin(1 2 )
4.1.2 拉格朗日方程
将得到的机器人动力学方程简写为如下形式：
机器人驱动系统
• 无刷直流电动机迅速推广应用的重要因素之一是近10多年来大功率集成电路的技术进步，特别 是无刷直流电机专用的控制集成电路出现，缓解了良好控制性能和昂贵成本的矛盾。
• 近年来，在机器人中，交流伺服电电机正在取代传统的直流伺服电动机。 • 交流伺服电电机的发展速度取决于PWM控制技术，告诉运算芯片（如DSP）和先进的控制理
2）直流伺服电机驱动
• 在20 世纪80年代以前，机器人广泛采用永磁式直流伺服电动机作为执行机构，近年来，直流 伺服电机受到无刷电动机的挑战和冲击，但在中小功率的系统中，永磁式直流伺服电动机还是 常常使用的。
• 20世纪70年代研制了大惯量宽调速直流电动机，尽量提高转矩，改善动态特性，既具有一般 直流伺服电动机的优点，又具有小惯量直流伺服动机的快速响应性能，易与大惯量负载匹配， 能较好地满足伺服驱动的要求，因而在高精度数控机床和工业机器人等机电一体化产品中得到 了广泛应用。
• （2）、按控制系统的信号形式分类：可分为连续控制系统和离散控制系统。连续控制系统贯 穿系统各环节的输入/输出信号量是时间的连续函数。离散控制系统全部或部分信号是以离散 形式出现和产生所需要的控制。通常系统既有连续又有离散的信息，根据一个一定的阀值来进 行两类信号的转换实现这种控制。
• 例如： • a弧焊控制：对焊接电流的控制是连续控制，当发生短路时，立刻切断电源这又是离散控制。 • b生产线加工部件由传送带送到固定加工位置，同时发出到位信号，用来启动机器人控制程序
的连续控制，从而由离散到连续。一般离散信号是继电器的动作，脉冲或数字信号。
• （3）、根据控制机器人的数目分类：可分为单机系统和群控系统。
• 单机就是指控制系统仅对本机进行自主的控制。集中或分散的或两者结合的， 同时控制多个机器人的控制系统称之为群控系统。群控系统也容许每个机器人 有自己独立的控制系统，但每一个机器人的控制系统要接受总的控制系统的命 令，或在系统之间有通信，以便能使所有机器人协调工作。
2023年机器人驱动系统知识
机器人驱动系统一、项目导读机器人一般是由控制系统、驱动系统、检测装置、执行机构以及机械部件等组成，驱动系统是机器人结构中的重要环节，如同人身上的肌肉，因此驱动器的选择和设计在研发机器人时至关重要。
常见的驱动器主要有电驱动器、液压驱动器和气压驱动器。
随着技术的发展，现在涌现出许多新型驱动器，像压电元件、超声波电动机、形状记忆元件、橡胶驱动器、静电驱动器、磁流体驱动器、流体驱动器、高分子驱动器和光学驱动器等。
二、知识目标（1）了解机器人驱动系统定义和驱动类型。
（2）了解电机驱动系统的原理、组成和特点。
（3）了解液压驱动系统的原理、组成和特点。
（4）了解气压驱动系统的原理、组成和特点。
三、能力目标（1）能够掌握电机驱动的应用。
（2）能够掌握电机驱动系统的应用。
（3）能够掌握液压驱动系统的应用。
（4）能够掌握气压驱动系统的应用。
四、课时安排本模块共4个单元，需理论课时4课时，实训课时3课时，共计7课时。
五、教学内容单元1 机器人驱动系统概述一、机器人驱动系统定义驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。
驱动系统就像人身上的肌肉，是控制系统和执行结构的中间环节，驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人运动。
驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。
它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。
机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电动机、伺服电动机等，也有采用液压、气动等驱动装置。
机器人驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动，或者把它们结合起来应用的综合系统；可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。
而机器人中常用的电机分为有刷直流电机、无刷直流电机、永磁同步电机、步进电机等。
二、机器人驱动类型驱动系统的驱动方式主要有：电机驱动、液压驱动、气压驱动和新型驱动。
单元2 电机驱动系统一、电机驱动的原理电动机是将电能转化为机械能的装置（而基于电磁感应原理的发电机则正好相反）。
第4章工业机器人动力系统
直流无刷伺服电机的特点：转动惯量小、启动电压低、空载 电流小 弃接触式换向系统，大大提高电机转速，最高转速高 达100 000rpm；无刷伺服电机在执行伺服控制时，无须编码 器也可实现速度、位置、扭矩等的控制；容易实现智能化， 其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相；不存在 电刷磨损情况，除转速高之外，还具有寿命长、噪音低、无 电磁干扰等特点。
工业机器人丝杠螺母传动的手臂升降机构
第四章 工业机器人动力系统
4.1.2 工业机器人的动力系统的组成
2.工业机器人传动机构的组成
（3）带传动和链传动
带传动和链传动用于 传递平行轴之间的回 转运动，或把回转运 动转换成直线运动。 工业机器人中的带传 动和链传动分别通过 带轮或链轮传递回转 运动
工业机器人技术基础
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.2交流伺服动力系统 4.2.2交流伺服电动机的类型
2.永磁同步交流伺服电机
永磁同步伺服电动机主要由转子和定子两大部分组成。在 转子上装有特殊形状高性能的永磁体，用以产生恒定磁场 ，无需励磁绕组和励磁电流。
永磁同步电机结构图
第四章 工业机器人动力系统
1.功率驱动单元
功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或 者市电进行整流，得到相应的直流电。
三相逆变电路
第四章 工业机器人动力系统
工业机器人技术基础
4.2交流伺服动力系统 4.2.4交流永磁同步伺服驱动器
2. 控制单元
控制单元是整个交流伺服系统的核心,实现系统位置控制、速 度控制、转矩和电流控制器。
第四章 工业机器人动力系统
4.2交流伺服动力系统 4.2.1 交流伺服系统的分类 3.闭环伺服系统
机器人电动驱动系统原理
机器人电动驱动系统原理机器人电动驱动系统原理机器人电动驱动系统是指机器人运动的驱动力和电动元件的组成。
它包括了机器人中负责运动的各种电动驱动元件，如电机、减速器、传感器、控制器等，可以根据需要，对电动元件进行协同工作，从而完成机器人的动作。
机器人的电动驱动系统可以分为直流电机驱动系统和交流电机驱动系统两大类，其中直流电机驱动系统又可分为有刷直流电机驱动系统和无刷直流电机驱动系统两类。
下面，我们将分别介绍这些驱动系统的原理。
1.有刷直流电机驱动系统有刷直流电机由于结构简单，价格低廉，被广泛应用于机器人中。
其驱动原理就是将直流电流施加在电机的电极上，以产生磁场，通过电刷和换向器来使转子不断变向，并转动电机。
在机器人应用中，有刷直流电机通常都是通过轴向减速装置与机器人的关节连接的，以便产生更大的扭矩。
由于有刷直流电机通常需要大量的能量支持，因此需要配备适当的电池供电。
它的驱动原理是通过外部电子控制器产生与电动机转子运动方向同步的电流信号，以控制定子线圈的通断，从而使转子与定子之间的磁场交替变化，产生扭矩，并转动电机。
由于无刷直流电机耗电较少，寿命较长，因此在机器人应用中得到了广泛应用。
交流电机是一种常用的电动驱动元件，它可分为三相交流电机和单相交流电机两类。
在机器人应用中，通常选择三相交流电机，以便产生更大的扭矩。
三相交流电机的驱动原理是将三相电流施加在电机的定子上，定子的磁场随着三相电流的变化而变化，从而驱动转子转动。
在很多机器人应用中，交流电机通常是通过减速装置与机器人的关节连接的，以产生更大的扭矩。
总体来说，机器人的电动驱动系统是机器人运动的重要结构之一，直接关系到机器人的移动性能和准确性。
因此，在机器人设计和制造中需要注意选择合适的驱动元件，并进行科学合理的组合和控制，以实现机器人的各种动作。
第四章机器人的动力学
n
1
v Ci
v Ci
1 2
i Ii i )
T
1
[m 2
i 1 n
i
(J L q ) J L q (J A q ) IiJ A q ]
(i) (i) T (i) T T
1
(m 2
i 1
i
q
JL
(i)T
JL q q
(i)
二、机器人静力学关系式推导
以2自由度机械手为例，要产生图a所示的虚位移 , ， r ， 则图b所示各力 , 和 F 之间的关系：
1 2
1
2
由 虚 功 原 理 知 ： 1 1 2 2 F r 0 即： 1
2
1 F 2
当刚体绕过质心的轴线旋转时，角速度ω，角加速度
，惯
性张量
与作用力矩N之间满足欧拉方程：
IC (IC ) N
——欧拉运动方程
Ic R
3 3
是绕重心 c 的惯性矩（转动惯量） N 回转力矩
， I c的各元素表示对应的力
矩元素和加速度元素间
的惯性矩；
回转角速度；
对于对于zz轴轴于是于是12联立可得联立可得对于一般形状连杆对于一般形状连杆除第33分量以外其它分量皆不为分量以外其它分量皆不为00的第1122分量成为改变轴方向的力矩但在固定分量成为改变轴方向的力矩但在固定轴场合与这个力矩平衡的约束力生成轴场合与这个力矩平衡的约束力生成22式中的式中的1122分分量不产生运动
由虚功原理得：
F A x A FB x B 0 即 ： F A L A F B L B 0 ( F A L A F B L B ) 0 F A L A FB L B 0 FB LA LB FA
《机器人驱动系统》课件
四、控制技术
控制器
机器人控制器主要有单片机、PLC和DSP等，根据实际应用需要选择合适的控制器。
驱动器
各种电机类型对应着不同的驱动器，如直流电机用的是直流调速器等。
控制算法
控制算法主要有位置控制、速度控制和力控制等，根据控制目的选择合适的控制算法。
五、案例分享
机器人驱动系统在工业领域的应用
如今，机器人应用广泛，其驱动系统在各种生产线 上都有应用，提高了生产效率和质量。例如在汽车 制造业，机器人驱动系统常被应用于焊接、喷漆和 组装。
二、电机技术
直流电机
直流电机是一种比较常用的电机类型，广泛应用于 机器人领域，具有转速可控、结构小巧、稳定性好 等优点。
步进电机
步进电机较流行的是混合式步进电机，具有简单控 制、作业精度高、启动扭矩大等优点。但在高速运 转时可能会出现共振和震动问题。
伺服电机
伺服电机具有定位准确、重复定位精度高、速度可
机器人驱动系统
欢迎来到本节课的《机器人驱动系统》PPT课件。本次课程涵盖了机器人驱动 系统的基本知识，电机技术，传动技术，控制技术，案例分享等内容。
一、引言
机器人驱动系统的重要性
机器人的工作离不开稳定、可靠的驱动系统，其质量直接影响到机器人的工作效率与效果。
机器人驱动系统的基本组成
机器人驱动系统由电机技术、传动技术、控制技术三部分组成。
三、传动技术
1
齿轮传动
齿轮传动稳定可靠，传动效率较高，而且传动比例精确，广泛应用于机器人的转 动和提升系统中。
2
带传动
带传动具有单向传动、减震降噪等功能，广泛用于机器人的皮带传动、交叉输送 系统和柔性输送系统等。
3
轮式传动
机器人驱动系统
机器人驱动系统概述机器人驱动系统是指控制机器人运动的系统，它负责接收外部指令，并将指令转化为机器人的运动控制信号。
机器人驱动系统通常由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括电机、传感器等，而软件部分则负责将外部指令转化为相应的控制信号。
硬件部分电机电机是机器人驱动系统中最关键的组件之一。
根据不同的机器人运动方式，电机可以分为直流电机、步进电机等多种类型。
直流电机通常用于机器人的定点移动和速度控制，而步进电机则适用于机器人的精确定位任务。
传感器在机器人驱动系统中起到了重要的作用。
常见的传感器包括位置传感器、力传感器、光电传感器等。
位置传感器可以用于检测机器人的位置和姿态，力传感器可以用于检测机器人与环境之间的力的大小和方向。
控制器控制器是机器人驱动系统中的核心组件，它负责接收外部指令，并根据指令生成相应的控制信号。
控制器通常由一个或多个微处理器组成，可以通过编程实现不同的控制算法。
驱动程序驱动程序是机器人驱动系统中的重要组成部分，它负责将外部指令转化为机器人的运动控制信号。
驱动程序通常由高级语言编写，可以根据机器人的运动方式和控制需求进行定制。
控制算法控制算法是机器人驱动系统中实现不同运动方式的关键。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些算法通过对电机输入信号的调节，实现机器人的精确运动控制。
编程接口机器人驱动系统通常提供一个编程接口，使开发者可以方便地控制机器人的运动。
这个编程接口通常包含一系列函数或方法，开发者可以通过调用这些函数或方法来实现不同的运动控制。
驱动系统的应用机器人驱动系统在许多领域都有广泛的应用。
例如，在工业领域，机器人驱动系统被用于自动化生产线上的物料搬运和装配任务。
在医疗领域，机器人驱动系统被用于手术机器人和康复机器人等设备中。
此外，机器人驱动系统还被应用于农业、航天、物流等领域。
总结机器人驱动系统是机器人的关键组成部分，它负责接收外部指令，并将指令转化为机器人的运动控制信号。
机器人驱动系统原理
机器人驱动系统原理
机器人是一种能够自主执行任务的智能机械设备，其驱动系统是机器人的核心部件之一。
机器人驱动系统的原理可以按照电气、机械和控制三个方面进行分类。
电气方面
机器人驱动系统的电气部分主要包括电机、电源和电路等组成部分。
电机是机器人驱动系统的核心部件，其种类包括直流电机、交流电机和步进电机等。
电源是机器人驱动系统的能量来源，其类型包括直流电源和交流电源等。
电路是机器人驱动系统的控制中心，其种类包括模拟电路和数字电路等。
机械方面
机器人驱动系统的机械部分主要包括传动装置、减速器和机械臂等组成部分。
传动装置是机器人驱动系统的传动机构，其种类包括齿轮传动、皮带传动和链传动等。
减速器是机器人驱动系统的减速机构，其种类包括行星减速器、蜗轮减速器和摆线针轮减速器等。
机械臂是机器人驱动系统的执行机构，其种类包括直线机械臂、旋转机械臂和伸缩机械臂等。
控制方面
机器人驱动系统的控制部分主要包括传感器、控制器和算法等组成部分。
传感器是机器人驱动系统的感知机构，其种类包括光电传感器、压力传感器和温度传感器等。
控制器是机器人驱动系统的控制中心，其种类包括单片机控制器、PLC控制器和DSP控制器等。
算法是机器人驱动系统的智能核心，其种类包括PID算法、神经网络算法和遗传算法等。
总结
机器人驱动系统的原理是一个复杂的系统工程，其电气、机械和控制三个方面的组成部分相互协作，实现机器人的自主执行任务。
随着科技的不断发展，机器人驱动系统的原理也在不断创新和完善，为人类的生产和生活带来了更多的便利和效益。
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应用:
电动机使用简单，且随着材料性能的提高，电机性 能也逐渐提高。所以总的看来，目前机器人关节驱动 逐渐为电动式所代替 。
输出功率 控制性能
响应速度 结构性能及体积
几种驱动方式的比较
液压驱动
气动驱动
电动驱动
很大，压力范围为50～140N/cm2
大，压力范围为48～60N/cm2，最大 可达100N/cm2
2）液压系统介质的可压缩 性小，工作平稳可靠，并可得 到较高的位置精度。
3）液压传介 质，具有防锈性和自润滑性能， 可以提高机械效率，使用寿命 长。
不足之处:
1）油液的粘度随温度 变化而变化，影响工 作性能，高温容易引 起燃烧爆炸等危险。 2）液体的泄漏难于克 服，要求液压元件有 较高的精度和质量， 故造价较高。 3）需要相应的供油系 统，尤其是电液伺服 系统要求严格的滤油 装置，否则会引起故 障。
3）工作环境适应性好，无论在易燃、 易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶 劣环境中，还是在食品加工、轻工、纺 织、印刷、精密检测等高净化、无污染 场合，都具有良好的适应性，且工作安 全可靠，过载时能自动保护。
4）气动元件结构简单，成本低，寿命 长，易于实现标准化、系列化和通用化。
不足之处:
1）由于空气具有较大的可压缩 性，因而运动平稳性较差。 2）因工作压力低（一般为 0.3～1MPa），不易获得较大 的输出力或力矩。 3）有较大的排气噪声。 4）由于湿空气在一定的温度和 压力条件下能在气动系统的局 部管道和气动元件中凝结成水 滴，促使气动管道和气动元件 腐蚀和生锈，导致气动系统工 作失灵。
1．直线驱动方式
机器人采用的直线驱动包括直角坐标机构的X、Y、Z向驱动，圆柱坐标结构 的径向驱动和垂直升降驱动，以及球坐标结构的径向伸缩驱动。直线运动可以 直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可以采用齿轮齿条、丝杠、螺母等传动方 式把旋转运动转换成直线运动。
较大
利用液体的不可压缩性，控制精度 较高，输出功率大，可无级调速，反 应灵敏，可实现连续轨迹控制
很高
结构适当，执行机构可标准化、模 拟化，易实现直接驱动。功率/质量比 大，体积小，结构紧凑，密封问题较 大
气体压缩性大，精度低，阻尼效果 差，低速不易控制，难以实现高速、 高精度的连续轨迹控制
较高
结构适当，执行机构可标准化、模 拟化，易实现直接驱动。功率/质量比 大，体积小，结构紧凑，密封问题较 小
效率较高（0.5左右）成本高
较复杂
4.1.2 驱动系统性能
1．刚度和柔性 刚度是材料对抗变形的阻抗，他可以是梁在负载作用下抗弯曲的刚度，
或汽缸中气体在负载作用下抗压缩的阻抗，甚至是瓶中的酒在木塞作用下抗 压缩的阻抗。系统的刚度越大，则使它变形所须的负载也越大。相反，系统 柔性越大，则在负载作用下就越容易变形。
液压系统易漏油，对环境有污染
气动驱动
电动驱动
防爆性能好，高于1000kPa(10个大气 压)时应注意设备的抗压性
排气时有噪声
设备自身无爆炸和火灾危险，直流 有刷电动机换向时有火花，对环境的 防爆性能较差
无
在工业机器人中应 用范围
效率与成本 维修及使用
适用于重载、低速驱动，电液伺服 系统适用于喷涂机器人、点焊机器人 和托运机器人
分类特点:
1）普通交、直流电动机驱动需加减速装 置，输出力矩大，但控制性能差，惯性大， 适用于中型或重型机器人。伺服电动机和 步进电动机输出力矩相对小，控制性能好， 可实现速度和位置的精确控制，适用于中 小型机器人。 2）交、直流伺服电动机一般用于闭环控 制系统，而步进电动机则主要用于开环控 制系统，一般用于速度和位置精度要求不 高的场合。功率在1KW以下的机器人多采 用电机驱动。
控制精度高，功率较大，能精确定 位，反应灵敏，可实现高速、高精度 的连续轨迹控制，伺服特性好，控制 系统复杂
很高
伺服电动机易于标准化，结构性能 好，噪声低，电动机一般需配置减速 装置，除DD电动机外，难以直接驱动， 结构紧凑，无密封问题
安全性 对环境的影响
液压驱动
防爆性能较好，用液压油作传动介 质，在一定条件下有火灾危险
2. 重量、功率-重量比和工作压强 驱动系统的重量以及功率-重量比至关重要，例如电子系统的功率-重量
比属中等水平。在同样功率情况下，步进机通常比伺服电机要重，因此它具 有较低的功率-重量比。电机的电压越高，功率-重量比越高。气动功率-重量 比最低，而液压系统具有最高的功率-重量比。
4.1.3 驱动系统驱动方式
效率中等（0.3～0.6）；液压元件成 本较高
方便，但油液对环境温度有一定要 求
适用于中小负载驱动、精度要求较 低的有限点位程序控制机器人，如冲 压机器人本体的气动平衡及装配机器 人气动夹具
效率低（0.15～0.2）气源方便，结 构简单，成本低
方便
适用于中小负载、要求具有较高的 位置控制精度和轨迹控制精度、速度 较高的机器人，如AC伺服喷涂机器人、 点焊机器人、弧焊机器人、装配机器 人等
应用:
多用于开关控制和顺序控 制的机器人中。
电气驱动的特点及应用
优点:
电气驱动是利用各种电 动机产生力和力矩，直接或 经过减速机构去驱动机器人 的关节，从而获得机器人的 位置、速度和加速度。因省 去中间的能量转换过程，因 此比液压和气压驱动的效率 高，且具有无环境污染、易 于控制、运动精度高、成本 低等优点。应用最广泛。
第4章 机器人的驱动系统
❖4.1 机器人的驱动方式 ❖4.2 液压驱动系统 ❖4.3 气压驱动系统 ❖4.4 电气驱动系统 ❖4.5 新型驱动器
4.1 机器人的驱动方式
4.1.1 概述
液压驱动的特点及应用
优点:
1）液压容易达到较高的单 位面积压力（常用油压为25～ 63kg/cm2),体积较小，可以获 得较大的推力或转矩。
应用:
液压驱动方式的 输出力和功率更大， 能构成伺服机构， 常用于大型机器人 关节的驱动
气动驱动的特点及应用
优点:
1）以空气为工作介质，不仅易于取得， 而且用后可直接排入大气，处理方便， 也不污染环境。
2）因空气的粘度很小（约为油的万分 之一），在管道中流动时的能量损失很 小，因而便于集中供气和远距离输送， 气动动作迅速，调节方便，维护简单， 不存在介质变质及补充等问题。