第5章5.1机器人驱动系统概述

交式 ➢ c)外部驱动机构驱动臂
部的形式 ➢ d)驱动电机安装在关节
内部
2020/2/27
5
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
❖如图5-2所示，耐磨球轴承，a)普通向心球轴承 b）向心力球轴承 c）四点接触球轴承
6
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
（2）移动关节
移动关节由直线运动机构和在整个运动范围内起直 线导向作用的直线导轨部分组成。
❖为了使关节定位准确，制动器必须有足够的定位 精度。制动器应当尽可能地放在系统的驱动输入端， 这样利用传动链速比，能够减小制动器的轻微滑动 所引起的系统移动，保证了在承载条件下仍具有较 高的定位精度。在许多实际应用中机器人都采用了 制动器。
34
2020/2/27
工业机器人基础
35
驱动系统的性能如下： ➢1.刚度和柔性 ➢2.重量、功率-重量
比和工作压强
3
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
5.1.1驱动方式
机器人的驱动方式主要分为直接驱动和间接驱动。 两种无论何种方式，都是对机器人关节的驱动。
1.关节与关节驱动
❖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，分别称为转动关节移动关节。
1-电动机 2-蜗杆 3-臂架 4-丝杠 5-蜗轮 6-箱体 7-华健套 图5.8丝杠螺母传动的手臂升降机构
2020/2/27
22
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
4 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，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，有时 还用来驱动平行轴之间的小齿轮。
16
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
5.1.4 传动机构
❖传动机构用来把驱动器的运动传递到关节和动作 部位。机器人的传动系统要求结构紧凑、重量轻、 转动惯量和体积小，要求消除传动间隙，提高其运 动和位置精度，工业机器人传动装置除蜗杆传动、 带传动、链传动和行星齿轮传动外，还常用滚珠丝 杠传动、谐波传动、钢带传动、同步齿形带传动、 绳轮传动、流体传动和连杆传动与凸轮传动。
20
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
3 丝杠传动
❖丝杠传动有滑动式、滚珠式和静压式等。机器人 传动用的丝杆具备结构紧凑，间隙小和传动效率高 等特点
1-丝杆 2-螺母 3-滚珠 4-导向槽
图5.7所示为滚珠丝杠的基本组成
21
第5章 机器人驱动系统
如图5.8所示为采用丝杠螺母 传动的手臂升降机构，由电 动机1带动蜗杆2使蜗轮5回 转，依靠蜗轮内孔的螺纹带 动丝杠4作升降运动，为了防 止丝杠的转动，在丝杠上端 铣有花键，与固定在箱体6上 的花键套7组成导向装置。
17
第5章 机器人驱动系统 1.行星齿轮传动机构
2020/2/27
18
第5章 机器人驱动系统 2 谐波传动机构
2020/2/27
1-刚轮 2-刚轮内齿圈 3-输入轴 4-皆波发生器 5-轴 6-柔轮 7-柔轮齿圈
19
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
1-凸轮 2-柔轮 3-小孔 图5.6 采用液压静压谐波发生器的谐披传动
(1)同步带传动
❖如图5.9所示，同步带的传动面上有与带轮啮合的 梯形齿
23
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
图5.9 同步带形状
24
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
(2)滚子链传动
❖滚子链传动属于比较完善的传动机构，由于噪声 小，效率高，因此得到了广泛的应用，但是，高速 运动时滚子与链轮之间的碰擅会产生较大的噪声和 振动，只有在低速时才能得到满意的效果，即滚子 链传动适合于低惯性负载的关节传动。链轮齿数少， 摩擦力会增加，要得到平稳运动，链轮的齿数应大 于17，并尽量采用奇数齿。
32
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
1-运动齿轮 2一齿轮 3-活塞杆 图5-15 气压传动的齿轮齿条增倍手臂机构
图5.14 油缸和齿轮齿条手臂结构
33
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
5.1.5 制动器
❖许多机器人的机械臂都需要在各关节处安装制动 器，其作用是；在机器人停止工作时，保持机械臂 的位置不变；在电源发生故障时，保护机械臂和它 周圊的物体不发生碰撞。
25
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
(3)绳传动
❖绳传动广泛应用于机器人的手爪开合传动，特别 适合有限行程的运动传递.绳传动的主要优点是；钢 丝绳强度大，各方向⊥的柔软性好，尺寸小，预载 后有可能消除传动间隙，绳传动的主要缺点是；不 加预载时存在传动间隙；因为绳索的蠕变和索夹的 松弛便传动不稳定；多层缠绕后，在内层绳索及支 承中损耗能量；效率低；易积尘垢。
11
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
1 液压驱动
❖液压驱动的输出力和功率很大，能构成伺服机构， 常用于大型机器人关节的驱动。 液压伺服系统有液压源、驱动器、伺服阀、传感器
和控制器等组成。如图所示。
12
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
2 气压驱动
❖气压驱动多用于开关控制和顺序控制的机器人。 ❖如图为典型的气压驱动回路——气动剪切机系统 的工作原理图。
29
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
5 杆、连杆与凸连杆与凸轮机构，例如从某位置抓 取物体放在另一位置上的作业。连杆机构的特点是 用简单的机构就可得到较大的位移，而凸轮机构具 有设计灵活，可靠性高和形式多样等特点。
❖外凸轮机构是最常见的凸轮机构，它借助于弹簧 可得到较好的高速性能
2020/2/27
工业机器人基础
1
第5章 主要内容
5.1机器人驱动系统概述 5.2机器人气压驱动 5.3 机器人液压驱动 5.4 机器人电动驱动
2020/2/27
2
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
机器人是运动的，各个部位都需要能源和动力，因 此设计和选择良好的驱动系统是非常重要的。
本节主要介绍机器人驱动系统的主要几个指标: 驱动方式、驱动元件、传动机构、制动机构。
30
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
图5.12 曲柄式连杆机构
图5.13圆柱式凸轮机构
31
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
6 流体传动
❖流体传动分为液压传动和气压传动。液压传动由 液压泵、液压马达或液压缸组成，可得到高转矩一 惯性比。
❖如图5.14所示为手臂作回转运动的结构，活塞缸 两腔分别进压力油，推动齿条活塞作往复移动，而 与齿条啮合的齿轮即作往复回转。由于齿轮与手臂 固连，从而实现手臂的回转运动，在手臂的伸缩运 动中，为了使手臂移动的距离和速度有定值的增加， 可以采用齿轮齿条传动的增倍机构
❖直接驱动方式的机器人，通常称为DD机器人 。
❖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。
8
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
图5.3 关节直接驱动方式
9
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
3 间接驱动方式
❖间接驱动方式是把驱动器的动力经过减速器或钢 丝绳、传送带、平行连杆等装置后传递给关节。间 接驱动方式中包含带减速器的电动机驱动和远距离 驱动两种。
10
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
❖5.1.2驱动元件
❖驱动元件是执行装置，就是按照信号的指令，将 来自电、液压和气压等各种能源的能量转换成旋转 运动、直线运动等方式的机械能的装置。
❖按利用的能源来分，主要可分为电动执行装置、 液压执行装置和气压执行装置。
❖机器人关节的驱动元件有液动式、气动式和电动 式。
13
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
3 电动机驱动
❖电动机驱动可分为普通交流电动机驱动，交、直 流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。
❖各种驱动方式的特点对比
14
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
5.1.3驱动机构
❖1 直线驱动机构
机器人采用的直线驱动包括直角坐标结构的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。
2020/2/27
a)等传动比回转传动 b）等传动比直线传动
c）变传动比回转传动d）变传动比直线传动
图5.10钢带传动
28
第5章 机器人驱动系统
钢带传动己成功应用在 ADEPT机器人上，其以 1:1速比的直接驱动在立 轴和小臂关节轴之间进 行远距离传动，如图 5.11所示。
2020/2/27
图5.11 采用钢带传动的ADEPT机锯人
导轨部分分为滑动导轨、滚动导轨、静压导轨和磁 性悬浮导轨等形式。
滚动导轨的分类如下： ❖1)按滚动体分类――球、圆柱滚子和滚针 ❖2)按轨道分类――圆轴式、平面式和滚道式 ❖3)按滚动体是否循环分类――循环式、非循环式
7
第5章 机器人驱动系统
2020/2/27
2 直接驱动方式
❖直接驱动方式是驱动器的输出轴和机器人手臂的关 节轴直接相连的方式。
(1)转动关节
转动关节就是在机器人中简称为关节的连接部分， 它既连接各机构，又传递各机构间的回转运动(或摆 动)，用于基座与臂部、臂部之间、臂部和手部等连 接部位.关节由回转轴、轴承和驱动机构组成。
4