机器人驱动器调研报告

关于机器人驱动器的调研报告

摘要：在现代发展中，机器人的重要性不断体现，在各个领域内都有着机器人的身影。而机器人驱动器是维持机器人运动并实现各种运动必不可少的部分。本文主要介绍各种机器人驱动器的原理、特点以及应用，为机器人驱动研究提供参考。

关键词：机器人驱动器原理特点应用

Research Report on Robot Driver

Abstract：In modern development, the importance of the robot continues to reflect, presenting the robot figure in all areas. The robot driver is the essential part to maintain the movement of the robot and achieve all kinds of movements. This paper mainly introduces the principle, characteristics and application of various robot drivers, and provides reference for robot driving research.

Key words：robot，robot driver，principle，characteristic，application

目录

1前言 (2)

2电机驱动 (2)

2.1普通电机驱动 (2)

2.2步进电机驱动 (2)

2.3直线电机驱动 (3)

3液压驱动 (3)

4气压驱动 (4)

5磁致伸缩驱动 (4)

6压电驱动 (5)

7静电驱动 (5)

8形状记忆合金驱动器 (5)

9光驱动器 (6)

参考文献 (7)

0 前言

随着各学科的进步，机器人驱动的方式不断发展，方式多样。主要分为三大类：电气驱动、流体驱动、新型驱动。而新型驱动方式根据原理不同，又能分为六种：磁致伸缩驱动、压电驱动、形状记忆合金驱动、静电驱动、光驱动等。[1]

1 电机驱动

1.1普通电机驱动

a)原理: 直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

b)特点: 交流电机一般不能进行调速或难以进行无级调速，即使是多速电机，也只能进行有限的有级调速；直流电机能实现无级调速，低速性能好，运行平稳，转速和转矩容易控制。换相器需要经常维护，电极刷易磨损，噪音大。实现了位置,速度和力矩的闭环控制;克服了步进电机失步的问题;高速性能好,抗过载能力强,低速运行平稳,动态响应时间短,发热和噪声明显降低。

c)应用: 应用于机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备。其中在机器人领域西南科技大学设计一款普通电机驱动的侦测型机器人。在这款机器人中，将两台直流电机布置在两侧履带，一台直流电机布置在两侧前摆臂，实现机器人前后左右转动，同时对左右履带电机做闭环锁零控制，保证运动可靠性；在底盘上布置3台电机，保证机器人在上下楼梯时在斜坡上可以停靠；云台升降采用电机带动，实现云台的转动。如图1-1所示。[2; 3]

图1-1 机器人结构

2.2步进电机驱动

a）原理:步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它

每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

b）特点:

(1) 反应式步进电动机(VR)。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。

(2) 永磁式步进电动机(PM)。永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大.

(3) 混合式步进电动机(HB)。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。

c)应用:随着微电子和计算机技术的发展,步进电机广泛应用于数控领域和电子计算机的外围设备中,同时也在军用仪器和医疗设备得到广泛应用.此外也用于一些特殊用途的机器人驱动器。[4]如意大利的SUPERSIGMA机器人，波兰华沙航空工程和运用机械技术大学研究机构研究制造的机器人等。

2.3直线电机驱动

a）原理：在直线电机中通入三相电流后，会在气隙中产生磁场，如果不考虑端部效应，磁场在直线方向呈正弦分布，只是这个磁场是平移而不是旋转的，因此称为行波磁场。行波磁场与磁极相互作用便产生电磁推力，驱动动子沿定子作往复直线运动。

b)特点：由于系统中取消了一些时间响应常数大的机械传动件，所以系统动态响应性能大大提高，反应敏捷；通过直线位置检测反馈控制，大大提高定位精度；由于“直接驱动”，避免了运动滞后现象，提高了传动刚度；能实现启动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停；行程长度不受限制，运动安静，噪声低，效率高。

c)应用：最常见的有管道内壁清洁机器人，此外在涉及生产流水线系统高速机器人，包括单轴机械手，工作滑台等。其中工作滑台与直线移动的直线电机相连，并且工作滑台连接有四轴机械手，在流水线生产过程中，直线电机带动滑台移动，保证机械手的范围与生产线的相对静止，实现一种相对静止的工作环境。

3液压驱动

a）原理：由于液压油液具有不可压缩性，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压，传递，进而实现机械传动。

b）特点：获得较大的功率重量比，结构简单紧凑，刚性好，定位精度高，平稳，能有效防止过载现象发生；油液容易泄露，油液粘度多变，对环境温度要求高，油液中容易混入杂质。

c）应用：适于在承载能力大，惯量大以及在防旱环境中工作的机器人中应用。山东大学提出一种液压驱动四足机器人，实现在复杂地形环境下携带大负载进行作业，具备快速响应的能力。液压驱动系统刚度好，精度高，响应快，易于在大的速度范围内工作，能够显著增强机器人的负载能力，在获物载运量和快速性方面更具优势。这种机器人由液压放