《机器人技术与应用》第4章 机器人的驱动系统
《机器人驱动系统》课件
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液压缸将液压能转换为机械能，推动机器人实现各种动作。
通过液压阀的控制，可以调整液压油的流向和流量，实现机器
03
人的精确控制。
液压驱动系统的优缺点
优点
功率密度大，能够实现大负载的精确 控制，响应速度快，能够在恶劣环境 下工作。
缺点
需要专业的维护和保养，容易漏油和 污染环境，制造成本和维护成本较高 。
3
考虑能源效率和安全性
选择具有高能效、低能耗、安全可靠的驱动系统 ，以确保机器人的长期稳定运行。
提高驱动系统的效率
01
优化电机控制算法
通过改进电机控制算法，提高驱 动系统的响应速度和精度，从而 提高机器人的工作效率。
02
采用高效传动机构
03
实施能源管理策略
采用高效、紧凑的传动机构，减 少能量损失，提高驱动系统的效 率。
步进电机驱动系统的应用
常用于需要高精度定位和控制的场合，如数 控机床、打印机等。
伺服电机驱动系统
伺服电机驱动系统的原理
01
通过将电信号转换为机械位移，实现精确的速度和位置控制。
伺服电机驱动系统的特点
02
具有高精度、快速响应、低噪音等优点，能够实现闭环控制。
伺服电机驱动系统的应用
03
广泛应用于各种需要高精度定位和控制的场合，如工业机器人
《机器人驱动系 统》ppt课件
目 录
• 机器人驱动系统概述 • 电机驱动系统 • 液压驱动系统 • 气压驱动系统 • 机器人驱动系统的选择与优化
01
CATALOGUE
机器人驱动系统概述
定义与分类
定义
机器人驱动系统是指控制机器人运动和动作的各种动力装置的总称，包括电机 、减速器、驱动控制器等。
国家开放大学《机器人技术及应用》章节测试参考答案
国家开放大学《机器人技术及应用》章节测试参考答案第一章机器人技术与应用一、判断1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。
（√）2.19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。
（×）3.对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。
（√）4.所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。
（×）5.机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。
（×）6.机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。
（√）7.为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。
（√）8.轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。
（×）9.为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。
（√）10.履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。
（√）11.腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。
（√）12.机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。
（×）13.球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。
（√）14.可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。
（×）15.感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。
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。
《机器人的驱动》PPT课件
3.4 液压驱动
液 压 缸
液 压 马 达
23
伺服阀
• 伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈量连续 成比例地控制流量和压力的液压控制阀。根据输入 信号的方式不同，又分电液伺服阀和机液伺服阀。
• 电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液压 能输出，实现执行元件的位移、速度、加速度及力 的控制。
• 机液伺服阀的输入信号是机动或手控的位移。 • 伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电液伺服
缺点：
（1）必须对油的温度和污染进行控制，稳定性较差； （2）有因漏油而发生火灾的危险； （3）液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大。
27
3.5 气动驱动
气动执行装置的种类：气缸、气动马达。
28
气动驱动的特点：
优点：（1）利用气缸可以实现高速直线运动；
（2）利用空气的可压缩性容易实现力控制和缓冲 控制；
13
1.工作原理
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。简
单说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按
设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉
冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通
过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速
的目的。 步进电机有三种：永磁式PM（permanent magnet）；反
能好（启动转矩大，启动电流小），运行平稳，转矩和转速容易 控制。
缺点：换相器需经常维护，电刷极易磨损，必须经常更 换，噪音比交流电机大。
书籍是进步的阶梯
5
3.2 交流电机驱动（AC motor） 止口
AC servomotor
6
7
8
国家开放大学本科机械专业《机器人技术及应用》期末复习题三
一、判断1、根据直接动力来源，机器人驱动系统可分为电气驱动系统、液压驱动系统和气压驱动系统。
正确2、气压驱动系统是利用各种电机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节。
错误3、液压驱动系统具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低和驱动效率高等优点，应用最为广泛。
错误4、气压驱动系统用压缩空气作为气源驱动直线或旋转气缸，用人工或电磁阀进行控制。
正确5、和液压驱动系统相比，气压驱动系统的功率—质量比要高得多。
错误6、永磁式步进电机步距大，起动频率高，控制功率大。
正确7、直流伺服电机稳定性好，但只能在较窄的速度范围内运行。
错误8、直流伺服电机可控性好，它具有线性调节的特性，能使转速正比于控制电压的大小。
正确9、直流伺服电机具有较小的起动转矩和较大的转动惯量。
错误10、交流伺服电机分为两种，即同步型交流伺服电机和感应型交流伺服电机。
正确11、直线电机由于不需要中间传动机械，因而使整个机械得到简化，提高了精度，减少了振动和噪声。
正确12、直线电机散热面积小，不易冷却，所以不允许较高的电磁负荷。
错误13、对机器人关节驱动的电机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。
正确14、机器人末端执行器(手爪)，应采用体积、质量尽可能大的电机。
错误15、机器人液压驱动系统又叫液压伺服驱动系统，由液压源、驱动器、伺服阀、传感器和控制回路组成。
正确16、电液比例控制的控制性能与电液伺服控制相比，精度和响应速度较高。
错误17、气压驱动系统不污染环境，偶然地或少量地泄漏气体不至于对生产产生严重的影响。
正确18、气压驱动系统与液压驱动相比，动作和反应都快。
正确19、气压驱动系统的气控信号比电子和光学控制信号要快，可以用在信号传递速度要求很高的场合。
错误20、选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。
正确二、单项选择1、具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低和驱动效率高等优点，应用最为广泛CA、液压驱动系统B、气压驱动系统C、电气驱动系统D、油压驱动系统2、在响应快、载荷大的伺服系统中往往采用，原因是其输出力与质量比最大。
《工业机器人技术及应用》教学课件—04工业机器人控制系统
4-7工业机器人控制系统基本构成
4-8 工业机器人控制器
4.1 工业机器人控制装置
工业机器人控制器特点：
1) 多任务功能。 2) 网络功能。 3) 操作历史记录功能。
4) 海量存储。 5) 用户接口丰富。
4-9 工业机器人控制系统基本构成
4.1 工业机器人控制装置
工业机器人控制器特点：
1) 多任务功能。 2) 网络功能。 3) 操作历史记录功能。 4) 海量存储。 5) 用户接口丰富。
主要技术: 定位精度 运动所需的时间
主要技术: 末端操作器位姿的轨迹跟 踪精度及平稳性
应用: 上下料、搬运 点焊、电路板上安插元件
(a) 点位控制；
(b) 连续轨迹控制
4-4 点位控制与连续轨迹控制
应用: 弧焊、喷漆、去毛边 检测作业机器人
4.1工业机器人控制装置
(3)力（力矩）控制方式
在完成装配、抓放物体等 工作时，除要准确定位之外， 还要求使用适度的力或力矩 进行工作，这时就要利用力 （力矩）伺服方式。
差也没有得到补偿。
优点：在闭环中非线性因素少，容易整定，并且执行机械
与电气自动控制部分相对独立，系统的通用性增强，因此 这种结构是当前国内外伺服系统中最普遍采用的方案。
4-18 工业机器人驱动类型
3）全闭环伺服系统
是一种真正的闭环伺服系统。全闭环伺服系统在结构上 与半闭环伺服系统是一样的，只是它的检测元件直接安装在 系统的最终运动部件上，系统反馈的信号是整个系统真正的 最终输出。
异步伺服电动机虽然结构 坚固、制造简单、价格低廉， 但是在特性和效率上与交流伺 服电动机存在差距，只在大功 率场合得到重视，多用于机床 主轴转速和其他调速系统。
4-16 异步电动机
机器人的驱动系统(1)
进电机作为机器人的执行电机，由于电机速度较高，所以需配以 大速比减速装置 ；通常其电机的输出力矩大大小于驱动关节所需要的力矩，所以 必须使用带减速器的电机驱动。 但是，间接驱动带来了机械传动中不可避免的误差，引起冲击振 动，影响机器人系统的可靠性，并且增加关节重量和尺寸。 由于手臂通常采用悬臂梁结构，所以多自由度机器人关节上安装 减速器会使手臂根部关节驱动器的负荷增大
一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式
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一 600V机器人．其性能指标为：最大工作范围1.2 m， 可搬重量5 kg，最大运动速度8.2m／s，重复定位 精度0.05 mm
一、驱动方式
（2）远距离驱动 远距离驱动将驱动器与关节分离，目的在于减少关节的
体积、减轻关节重量。 一般来说，驱动器的输出力矩都远远小于驱动关节所需
要的力，因此也需要透过减速机来增大驱动力。 远距离驱动的优点在于 能够将多自由度机器人关节驱动所必需的多个驱动器设
置在合适的场所。 由于机器人手臂都采用悬臂梁结构，远距离驱动是减轻
位于手臂根部关节的驱动器负载的一种措施。
二、驱动元件
机器人关节的驱动元件有： （1）液压元件 （2）气动元件 （3）电动元件
二、驱动元件
1.液压驱动
机器人的驱动系统采用液压驱动， 有以下几个优点：
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；
工业机器人技术及应用-兰虎-第4章
位 置 ——
②在焊接结束命令中设定焊接结束规范及焊接结束动作次序； ③手动调节保护气体流量。
—— (5) 检查试运行
【 课
跟踪的主要目的是 检查示教生成的动作以及末端工具指向位置是否已登录。
堂
认
知 】
单步运转
通过逐行执行当前行（光标所在行）的程序语 句，机器人实现两个临近程序点间的单步正向
或反向移动。结束 1 行的执行后，机器人动作暂
ABB MoveJ
移动命令
FANUC
YASKAWA
J
MOVJ
KUKA PTP
【 课
连续路径运动
直线 圆弧
MoveL MoveC
L C
MOVL
LIN
MOVC
CIRC
堂
认 知 】
在线示教因简单直观、易于掌握，是工业机器人目前普遍采用的编程方式。 4.2.1 在线示教及特点
由操作人员手持示教器引导，控制机器人运动，记录机器人作业的程序点并 插入所需的机器人命令来完成程序的编制。
—— 插补方式 机器人再现时，从前一程序点移动到当前程序点的动作类型。
【
课 堂
再现速度 机器人再现时，从前一程序点移动到当前程序点的速度。
认 知 】
空走点 指从当前程序点移动到下一程序点的整个过程不需要实施作业，用 于示教除作业开始点和作业中间点之外的程序点。
作业点 指从当前程序点移动到下一程序点的整个过程需要实施作业，用
（机程器序人点原6点）①②③
避 手点动。操纵机器人要领移动机器人到 原 将 P确TP点程认”。序保。点存属程性序设点定6 为为机“空器走人点”，插补方式选“
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原点。 16/38
4.2 工业机器人的简单示教与再现
工业机器人技术及应用智慧树知到课后章节答案2023年下黑龙江职业学院
工业机器人技术及应用智慧树知到课后章节答案2023年下黑龙江职业学院黑龙江职业学院绪论单元测试1.（）被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造水平的重要标志。
答案:机器人第一章测试1.日本人发明了世界上第一台工业机器人。
答案:错2.世界上工业机器人的四大家族是日本的安川电机、发那科、德国的库卡、瑞士的ABB。
答案:对3.自工业机器人诞生以来，汽车行业一直是其主要应用领域。
答案:对4.机器人涵盖非常广泛，如无人机、无人驾驶汽车、火星车等都可以归类为机器人。
答案:对5.当下，最先进的机器人，其活动能力和智能已经超过人类。
答案:错6.robot是由捷克文robota意为（）衍生而来的。
答案:农奴、苦力7.机器人学术界一直将（）作为机器人开发的准则。
答案:机器人学三原则8.（）德沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。
答案:美国9.现有的工业机器人大多采用（）这种示教方式。
答案:示教再现10.工业机器人比较统一的定义是ISO采纳的( )的定义：一种可以反复编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或者为了执行不同的任务而具有可改变的和可编程的动作的专门系统。
答案:美国机器人协会第二章测试1.按机器人的驱动方式分类，将机器人分为（）。
答案:气动式机器人、液动式机器人和电动式机器人2.直角坐标系机器人、圆柱坐标机器人、极坐标型机器人、平面关节机器人和多关节机器人属于按（）分类答案:机器人的坐标系统3.机器人系统三大部分包括（）。
答案:传感部分;机械部分;控制部分4.机器人关节的种类有（）。
答案:球关节;圆柱关节;回转关节;移动关节5.下面的机器人结构简图中属于（）轴机器人。
答案:46.自由度是指描述物体运动所需要的独立坐标数。
答案:对7.工作空间又称工作范围、工作区域是指机器人末端执行器运动描述参考点所能达到的空间点的集合，一般用水平面和垂直面的投影表示。
工业机器人技术及应用兰虎第4章
03
工业机器人应用案例
总结词
广泛、高效、精准
详细描述
在汽车制造行业中，工业机器人被广泛应用于装配、焊接、喷涂和检测等环节。它们能够提高生产效率，降低人工成本，并保证生产的精准性和一致性。
定义与分类
分类
定义
20世纪60年代，工业机器人开始进入市场，主要用于汽车制造和电子行业。
初始阶段
发展阶段
成熟阶段
20世纪70年代，随着计算机技术的进步，工业机器人逐渐实现自动化和智能化。
20世纪80年代至今，工业机器人技术不断完善，应用领域不断扩大。
03
02
01
工业机器人的发展历程
工业机器人在汽车制造领域的应用最为广泛，主要用于焊接、搬运、涂装等环节。
定制化与模块化设计
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工业机器人技术 机械结构与运动学
控制系统是工业机器人的核心部分，它接收来自传感器和其他输入设备的信号，经过处理后输出控制信号，驱动机器人执行相应的动作。控制系统的性能直接影响工业机器人的运动精度、稳定性和可靠性。
传感器是工业机器人感知外部环境的重要工具，通过传感器，机器人可以获取关于环境、自身状态和操作对象的信息。
为了满足不同行业和企业的需求，工业机器人将更加注重定制化和模块化设计。
要点一
要点二
详细描述
随着市场竞争的加剧，企业对于工业机器人的需求越来越多样化。为了满足这种需求，未来的工业机器人将更加注重定制化和模块化设计。通过模块化的设计，机器人可以更容易地进行功能扩展和升级，同时满足企业的个性化需求。而定制化的服务则可以更好地满足不同行业和企业的特殊需求，提高机器人在特定应用场景下的性能和效率。
国开电大《机器人技术及应用》形考任务4国家开放大学试题答案
国开电大《机器人技术及应用》形考任务4国家开放大学试题答案一、判断题（答案在最后）试题1：传统的移动机器通常包括轮式移动机器人、履带式移动机器人和腿式移动机器。
试题2：最简单的移动机器人是腿式移动机器人。
试题3：典型的轮式机器人有三车轮型轮式机器人、变形轮型轮式机器人和全方位型轮式机器人。
试题4：轮式机器人可以应用到自动化工厂、医院、家庭和其他狭窄环境,具有广泛的应用前景。
试题5：三轮机器人可以轻松走出直线。
试题6：变形轮机器人的车轮可变形成利于越障的轮式腿结构,实现步行运动。
试题7：履带移动机器人可以广泛应用于社会安全、军事侦察、核工业等领域。
试题8：腿式机器人越障能力不是很强。
试题9：腿式移动机器人，其控制器可以施加合适的驱动信号给驱动器，以驱动关节按照可控的方式达到目标点，实现对腿式移动机器人的越障。
试题10：经常使用的轮式机器人控制器产物有很多，例如Arduino、STM32、Cortex。
ARM等。
试题11：全方位型移动机构即能够实现原地转动又能够实现侧向运动,具有很强的运动灵活性。
试题12：三轮机器人在机构上不稳定，但是结构与四轮和多轮机器人相比较结构简单。
试题13：四轮机器人在新型移动机器人设计中常被采用。
试题14：三轮移动机器人的车轮配置方式通常是1个前轮,2个后轮。
2个后轮独立驱动,前轮为万向轮,主要起支撑作用。
试题15：三车轮轮式机器人主要靠两轮的转速差实现转向的，即当两轮输入速度存在差值时，机器人会发生一定的偏转。
试题16：对于三车轮轮式机器人，当两轮转速大小相等方向相反时,可以实现整车灵活的零半径回转。
试题17：变形轮机器人遇到障碍时，可以通过控制系统的调节，车轮改变状态，极大的增加了机器人的越障能力。
试题18：履带挪动机器人不能够经由过程传感器感知环境和本身状态。
试题19：非结构环境履带移动机器人已经机器人学发展的一个重要组成部分。
试题20：机器人的越障装置的伸缩主体通常基于可变形的平面图形，三角形。
国开《机器人技术及应用》形考2答案
《机器人技术及应用》形考2答案一、判断题1.气压驱动系统用压缩空气作为气源驱动直线或旋转气缸，用人工或电磁阀进行控制。
（对）2.对机器人关节驱动的电机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。
（对）3.根据直接动力来源，机器人驱动系统可分为电气驱动系统、液压驱动系统和气压驱动系统。
（对）4.机器人末端执行器(手爪)，应采用体积、质量尽可能大的电机。
（错）5.气压驱动系统是利用各种电机产生的力或力矩，直接或经过减速机构去驱动机器人的关节。
（错）6.和液压驱动系统相比，气压驱动系统的功率—质量比要高得多。
（错）7.直流伺服电机可控性好，它具有线性调节的特性，能使转速正比于控制电压的大小。
（对）8.机器人液压驱动系统又叫液压伺服驱动系统，由液压源、驱动器、伺服阀、传感器和控制回路组成。
（对）9.气压驱动系统的气控信号比电子和光学控制信号要快，可以用在信号传递速度要求很高的场合。
（错）10.永磁式步进电机步距大，起动频率高，控制功率大。
（对）11.直线电机散热面积小，不易冷却，所以不允许较高的电磁负荷。
（错）12.液压驱动系统具有无环境污染、易于控制、运动精度高、成本低和驱动效率高等优点，应用最为广泛。
（错）13.直流伺服电机具有较小的起动转矩和较大的转动惯量。
（错）14.气压驱动系统不污染环境，偶然地或少量地泄漏气体不至于对生产产生严重的影响。
（对）15.直流伺服电机稳定性好，但只能在较窄的速度范围内运行。
（错）16.电液比例控制的控制性能与电液伺服控制相比，精度和响应速度较高。
（错）17.交流伺服电机分为两种，即同步型交流伺服电机和感应型交流伺服电机。
（对）18.直线电机由于不需要中间传动机械，因而使整个机械得到简化，提高了精度，减少了振动和噪声。
（对）19.选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。
（对）20.气压驱动系统与液压驱动相比，动作和反应都快。
机器人的驱动系统PPT课件
二、驱动元件
2)机器人采用液压驱动元件的缺点
(1)油液的黏度随温度变化而变化，影响工作性能，高温容易引起 油液燃烧、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。
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。
普通交、直流电动机驱动需加减速装置，输出转矩 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转矩相对较小，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。
二、驱动元件
4. 各种驱动元件的特点
(4)必须对油的污染进行控制，稳定性较差。 (5)液压油源和进油、回油管路等附属设备占空间较大，造价较高。
二、驱动元件
2. 气压驱动元件
压缩空气黏度小，容易
达到高速(1 m/s)。
1
1)采用气 压驱动元 件的优点
利用工厂集中的空气 压缩机站供气，不必 添加动力设备。
空气介质对环境无污染， 使用安全，可直接应用 于高温作业。
二、电液伺服系统
图4-5 机械手手臂伸缩运动的电液伺服系统原理图
二、电液伺服系统
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。
工业机器人技术及应用第四章答案
第四章 作业1 、填空源自(1) _示教_ 也称导引，即由操作者直接或间接导引机器人，一步步按实际作 业要求告知机器人应该完成的动作和作业的具体内容，机器人在导引过程中以 _程序_ 的形式将其记忆下来，并存储在机器人控制装置内； _再现_ 则是通过存储 内容的回放，机器人就能在一定精度范围内按照程序展现所示教的动作和赋予的 作业内容。
(2) _跟踪_ 的主要目的是检查示教生成的动作以及末端工具指向位置是否已登 录。
(3)_离线编程_ 是利用计算机图形学的成果，在计算机中建立起机器人及其工作 境的环模型，通过对图形的控制和操作，在不使用实际机器人的情况下编程，进而 产生机器人程序。
2 、选择
(1) 对工业机器人进行作业编程，主要内容包含（B ）。 ①运动轨迹；②作业条件；③作业顺序；④插补方式 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④
3 、判断
(1) 因技术尚未成熟，现在广泛应用的工业机器人绝大多数属于第一代机器人， 它的基本工作原理是示教 - 再现。（ √）
(2) 机器人示教时，对于有规律的轨迹，原则上仅需示教几个关键点。（√ ） (3) 采用直线插补示教的程序点指的是从当前程序点移动到下一程序点运行一段 直线。（√ ） (4) 离线编程是工业机器人目前普遍采用的编程方式。（ ×） (5) 虽然示教再现方式存在机器人占用机时、效率低等诸多缺点，人们也试图通 过采用传感器使机器人智能化，但在复杂的生产现场和作业可靠性等方面处处碰壁， 难以实现。因此，工业机器人的作业示教在相当长时间内仍将无法脱离在线示教的 现状。（ √）
机器人技术及应用ppt课件
Robocup的目标及意义
机器人世界杯足球赛的终极目标是：“到21世纪中 叶．建立一支完全自治的、类人的机器人(humanoid robot)足球队。并能在世界足联的官方比赛规则下击败人 类最好的足球队。”
促进人工智能、智能机器人与智能控制技术的研究和 发展，突破的关键技术将推动工业和军事的发展。多学科 领域的交叉与融合。
25/54
1 机器人的概念
1.4 机器人的发展史
1) 古代机器人
机器人一词的出现和世界上第一台工业机器人的问世都是近 几十年的事。然而人们对机器人的幻想与追求却已有3000多年 的历史。人类希望制造一种像人一样的机器，以便代替人类完 成各种工作。
指 南 车
西 周 伶 人
春 秋 木 鸟
希 腊 自 动 机
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RoboCup 小型组足球比赛 每队5名队员在一个长5m宽3.5m的绿色场地上进 行。比赛用球为橙色的高尔夫球。
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RoboCup 小型组足球比赛
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机器人系统包括：视觉、决策、无线通讯和机器人车 体四个子系统。彩色摄像机固定在场地上方4m处，并 与场外的主机相连，采用无线通讯的方式向机器人发 送命令。
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2 机器人的结构—驱动装置
驱动装置是接收控制系统信号，并将控制信号转换成 能驱动执行装置运动电流或电压的器件。
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3 机器人发展方向
机器人的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机 械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无 法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越 来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。其 未来将向以下三个方面发展：
可固定或运动，用于相关自动化系统中。
《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
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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
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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
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球 坐 标 型
关 节 型
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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。
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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
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4.1 机器人的驱动方式 谐波齿轮工作特点：
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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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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。
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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。
液压驱动系统的缺点
油液的粘度随温度变化，影响工作性能，高温易燃 烧爆炸； 易泄漏，造价高； 需要相应的供油系统及滤油装置。
机器人技术与应用 第4章 机器人的驱动系统
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4.1 机器人的驱动方式 1. 机器人驱动方式概述
机器人驱动器——人体的肌肉(臂部及关节——骨骼)，带动 机器人自身和负载运动，要求其轻便、经济、精确、灵敏、 可靠及便于维护等。 常见的机器人驱动系统：①电气驱动系统；②液压驱动系 统；③气压驱动系统；④新型驱动器。
【例】梁在负载作用下抗弯曲的刚度；气缸中气体在负载作用下抗 压缩的阻抗；瓶中的酒在木塞作用下抗压缩的阻抗。
②系统刚度越大，使其变形所需的负载越大；相反，系统柔 性越大，则在负载作用下越容易变形。
液压系统刚性很好，没有柔性（液体弹性模量2×109N/m2左右）； 气动系统很容易压缩，是柔性的。 刚性系统特点：响应快、精度高。
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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
齿轮传动链：由两个或两个以上的齿轮组成的传动机构，可 以传递运动角位移和角速度，也可以传递力和力矩。 齿轮机构使用中的两个问题： ①齿轮链的引入会改变系统的等效转动惯量，减小驱动电机 的响应时间，使伺服系统容易控制； ②在引入齿轮链的同时，由于齿轮间隙误差，会导致机器人 的手臂定位误差增加，且引起伺服系统的不稳定性。
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4.2 液压驱动系统 1. 液压伺服系统的组成和特点
（1）液压伺服系统的组成
组成：液压源、驱动器、伺服阀、传感器和控制器等组成。 工作过程：①液压源产生一定的压力，通过伺服阀控制液体的压 力和流量，继而驱动驱动器；②位置指令与位置传感器的差被放大后 得到电气信号，然后被输入给伺服阀中，驱动液压执行器，直至偏差 为零为止；③若传感器信号与位置指令相同，则负载停止运动。
回转式空压机
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4.3 气压驱动系统 2. 气源装置
通过一个圆柱形的螺杆与两个对称配置的 平面星轮组成啮合副，装在主机壳内。 螺杆的螺槽、主机壳的内壁、星轮的齿面 三者围成的空间构成了压缩机的工作容积。 电机直接带动螺杆轴转动，螺杆再带动星 轮旋转。气体由主机上的吸气口进入螺槽内， 经压缩后再由主机壳上的排气孔排出。 主机壳上还开有喷液孔，将润滑油喷入工 作容积内，起到密封、冷却和润滑的作用。 螺杆螺槽在星轮齿尚未啮入前与吸气腔相 通，处于吸气状态。当螺杆转到一定位置时， 星轮齿将螺槽封闭，此时吸气过程结束。 吸气过程结束后，螺杆继续转动，随着星 轮齿沿着螺槽推进，封闭的工作容积逐渐缩小 ，实现气体的压缩过程。当工作容积与排气孔 口连通时，压缩过程结束。
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4.2 液压驱动系统 1. 液压伺服系统的组成和特点
（2）液压伺服系统的工作特点
1）系统输出与输入之间有反馈连接，构成闭环控制系统。 2）系统的主反馈是负反馈，使其向减小偏差的方向移动。 3）系统是一个功率放大装置（即系统的输入信号功率很小，而系 统输出功率可以达到很大），功率放大所需的能量由液压能源提供。
执行元器件 控制元器件 辅助元器件
活塞式空 气压缩机
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4.3 气压驱动系统 1. 气压驱动回路
（2）工作原理
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【例】气压驱动器的控制原理
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【例】气压驱动的控制结构
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4.3 气压驱动系统 2. 气源装置
往复活塞式空气压缩机
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气压驱动系统的缺点
要获得较大的出力，其结构要相对增大； 工作平稳性差，速度控制困难，准确的位置控制难； 很难解决除水问题，零件易生锈； 噪声污染。
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4.3 气压驱动系统 1. 气压驱动回路
（1）四部分组成
气源装置
（1）将空气升压的空气压缩机：按工作原 理分为①容积式 ( 活塞式、叶片式和螺杆式 ) ； ②速度式(离心式、轴流式和混流式等)。 （2）气源净化装置：包括后冷却器、油水 分离器、储气罐、干燥器、过滤器等。
（2）电液伺服阀的工作原理
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4.2 液压驱动系统 2. 电液伺服系统
（3）液压伺服马达
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4.3 气压驱动系统 1. 气压驱动回路 气压驱动系统的优点
粘度小，易达到高速； 利用集中站供气，不必添加动力设备； 无污染，安全，可高温作业； 工作压力低，制造要求比液压元件低。
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4.3 气压驱动系统 3. 气压驱动器 气缸——分类
有活塞杆 双活塞杆 单活塞 活塞式 汽缸 膜片式 双活塞 平膜式 皮囊 无活塞杆 机械耦合（无杆气缸） 磁性耦合（磁性气缸） 绳索、钢索 单作用 双作用 单作用 双作用
2．传动件的消隙 消隙齿轮
1、2—薄齿轮；3—螺钉
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柔性齿轮消隙
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4.2 液压驱动系统 1. 液压伺服系统的组成和特点
液压驱动在机器人中应用较早，例如“尤尼梅特”。 液压驱动主要用于中大型机器人和有防爆要求的机器人 （如喷漆机器人）等。
Unimate
25Βιβλιοθήκη 喷漆机器人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。
双螺母滚珠丝杠
数控机床用滚珠丝杠
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丝杠螺母传动的手臂升降机构
1—电动机； 2—蜗杆； 3—臂架； 4—丝杠； 5—蜗轮； 6—箱体； 7—花键套
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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
谐波齿轮传动的工作原理
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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
谐波齿轮传动中，刚轮齿数z1略大于柔轮齿数z2。谐波传动的 齿数差应等于波数或波数的整数倍。目前多用双波和三波传动。
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ADEPT机器人——美国Adept Technology公司
ADEPT_cobra800机器人
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传动件的定位和消隙 1．传动件的定位 1) 电气开关定位 2) 机械挡块定位 3) 伺服定位
利用机械插销定位的结构 1—节流阀；2—圆盘；3—插销；4—定位油缸
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谐波齿轮传动：谐波齿轮行星传动的简称，是一种少齿差行 星齿轮传动。通常由刚性圆柱齿轮1、柔性圆柱齿轮2、波发生器 H和柔性轴承等零部件构成。
柔轮2，其齿数为 z2 ，它相当于行星 轮，可产生较大的 弹性变形。运动由 此输出。 谐波齿轮传动的传 动比与少齿差行星 传动的传动比计算 公式完全一样。
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刚轮1，其齿数 为 z1 ， 它 相 当 于中心轮。 H为波发生器 ，它相当于行 星轮系中的系 杆，运动由此 输入。
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4.2 液压驱动系统 2. 电液伺服系统
（1）电液伺服系统的组成
电液伺服系统是一种由电信号处理装置和液压动力机构组成的反 馈控制系统。
液压油缸
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油缸和齿轮齿条手臂机构
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4.2 液压驱动系统 2. 电液伺服系统
（2）电液伺服阀的工作原理——喷嘴挡板伺服阀
4.3 气压驱动系统 2. 气源装置
其转子相对于气缸呈偏心式运转， 滑片于转子沟槽中借助离心力被推至 气缸壁，形成压缩室。 高效的喷油系统能够确保压缩机的 冷却及润滑，在滑片沟槽中及气缸壁 上形成油膜，以防止与滑片之间直接 接触。 转子、滑片与气缸之间的压缩室， 随着转子的转动，容积逐渐缩小，空 气因而被压缩。
传动比大 承载能力大 传动精度高 传动平稳基本上无 冲击振动 传动效率较高 结构简单、体积小、 质量小