机器人的驱动系统130页PPT
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《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。
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。
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。
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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。
机器人的组成结构(PPT52页)
• 感受系统 它由内部传感器模块和外部传感器模块组成,获 取内部和外部环境状态中有意义的信息．智能传感器的使 用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准．人类 的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对 于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效．
• 机器人一环境交互系统 机器人一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相 互联系和协调的系统．机器人与外部设备集成为一个功能单 元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等
度，即重复度。
培训专用
工作空间（Working space）：机器人手腕 参考点或末端操作器安装点（不包括末端 操作器）所能到达的所有空间区域，一般 不包括末端操作器本身所能到达的区域。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
加入速度反馈。一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成 一个整体，即通常所说的直流伺服电机。由于采用闭环伺 服控制，所以能实现平滑的控制和产生大的力矩
• 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的各个关节, 但它们也有一些缺点，如转速不能太高
• 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克服了 上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此无刷电 动机逐渐取代了直流伺服电动机
培训专用
相关术语及性能指标
• 机器人一环境交互系统 机器人一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相 互联系和协调的系统．机器人与外部设备集成为一个功能单 元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等
度，即重复度。
培训专用
工作空间（Working space）：机器人手腕 参考点或末端操作器安装点（不包括末端 操作器）所能到达的所有空间区域，一般 不包括末端操作器本身所能到达的区域。
培训专用
工业机器人的机械结构
工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手 ，由 手部、腕部、臂、机身(有的包括行走机构)组成。
培训专用
• 正弦波电动机(交流无刷伺 服电动机)：顾名思义，它 是由正弦波电流驱动的。对 三相情况，电流相位差 120。，而且这三相电流是 随转子位置不同而不同的， 也就是说，转子的位置检测 需更精确，驱动电路也比梯 形波电动机的更复杂，但却 代表着无刷电动机最高水平， 因为它能保持恒定转矩输出
培训专用
加入速度反馈。一般直流电动机和位置反馈、速度反馈形成 一个整体，即通常所说的直流伺服电机。由于采用闭环伺 服控制，所以能实现平滑的控制和产生大的力矩
• 当今大部分机器人都采用直流伺服电机驱动机器人的各个关节, 但它们也有一些缺点，如转速不能太高
• 近年来，新发展起来的无刷直（交）流伺服电动机克服了 上述缺点，并保留了直流伺服电动机的优点，因此无刷电 动机逐渐取代了直流伺服电动机
培训专用
相关术语及性能指标
《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
机器人的驱动系统(1)
（1）带减速器的电机驱动 目前大部分机器人的关节是间接驱动。 中小型机器人一般采用普通的直流伺服电机、交流伺服电机或步
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；
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；
机器人的驱动系统PPT课件
(5)液压系统采用油液作为介质，具有防锈和自润滑性能，可 以提高机械效率，使用寿命长。
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。
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。
第4章机器人驱动系统PPT课件
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）液压传动中，力、速度 和方向比较容易实现自动控制。
4）液压系统采用油液作介 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 障精选。PPT课件
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
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
应用:
多用于开关控制和顺序控 制的机器人中。
精选PPT课件
3
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
精选PPT课件
1
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
3）液压传动中，力、速度 和方向比较容易实现自动控制。
4）液压系统采用油液作介 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 障精选。PPT课件
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
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
应用:
多用于开关控制和顺序控 制的机器人中。
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3
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
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1
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
《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