第05.21 4 机器人的驱动系统(1)
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机器人的驱动系统
+ 包括电液步进马达和油缸 + 电液脉冲马达：由步进电机或小功率伺服电机和液
压伺服机构（即扭矩放大器）所组成。由电机接收 数字控制装置发出的脉冲信号，把它转换或角位移。 经液压随动阀和油马达组成的伺服机构做功率放大 后，驱动机床工作台或刀架，使之进行精确定或作 进给运动。电液脉冲马达运动特性与数字电脉冲特 性对应，即：电脉冲数量对应马达角位移量，电脉 冲频率对应角速度量，具有角位移准确、反应迅速、 调整范围广等优点。是当前数控系统中特别是开环 系统中比较理想的伺服元件。电液脉冲马达广泛应 用在自动控制、同步控制和各种数控机床上。
+ 液压缸工作原理液压传动原理-以油液作为
工作介质,通过密封容积的变化来传递运动, 通过油液内部的压力来传递动力
+ 气缸：引导活塞在缸内进行直线往复运动
的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中 通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压 缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。 + 气动马达：气动马达也称为风动马达，是 指将压缩空气的压力能转换为旋转的机械 能的装置。
驱动：用来使机器人发出动作的 动力机构。驱动器能将一些电能、 液压能和气压能转化为机器人的 动力。
+ 包括直流伺服电机、步进电机和交流伺服
电机
+ 控制伺服电机可使速度，位置精度非常准确，
可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制 对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并 能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元 件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动 电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动 机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交 流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号 电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增下都会产生一定程度
机器人的驱动
(2)机器人机构运动简图
直角坐标式
圆柱坐标式
多关节型机械手
3 6 2 4
3
4 6 5
5
1
2
1
2.2.4工业机器人手部(手爪)结构
1. 滑槽杠杆式手部
2.齿轮齿条式手部
4. 斜 楔 杠 杆 式
3.滑块杠杆式手部
5.移动型连杆式手部
6.齿轮齿条式手部
7.内涨斜块式手部
8.连杆杠杆式手部
手指类型：
• 机械手的动作形态是由三种不同的单动作——旋 转、回转、伸缩组合而成的。 • 旋转和回转是指运动机构产生相对运动。旋转是 转动部件的轴线和转动轴同轴；回转是转动部件 的轴线与转动轴不同轴。 • 伸缩是指运动机构产生直线运动。
2.2.2机械手的坐标形式和自由度
（1）根据单元动作组合方式的 不同，机械手的动作形态一 般归纳为以下四种坐标类型： ①直角坐标型(图7．2—2)； ②圆柱坐标型(图7．2—3)； ③极坐标型(图7．2—4)；④ 多关节型(图7．2—5)。 • 直角坐标型机械手可以在三 个互相垂直的方向上作直线 伸缩运动，这类机械手各个 方向的运动是独立的，计算 和控制比较方便，但占地面 积大，限于特定的应用场合
常见的另两种手部:
电磁式吸盘 气吸式吸盘
滚 动 轴 承 座 圈
钢 板
齿 轮
多 孔 钢 板
双吸头吸盘
多吸头吸盘
吸取瓦楞板
双吸头吸盘
双吸头架式吸盘
多吸头板式吸盘
其它手部:
2.2.5 工业机器人腕部结构
腕部影响手部的姿态（方位）
2.2.6工业机器人臂部结构
臂部确定手部的位置
2.3 移动机器人
• 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
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
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❖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
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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
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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
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第5章 机器人驱动系统
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❖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
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第5章 机器人驱动系统
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（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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工业机器人基础
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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
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第5章 机器人驱动系统
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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
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第5章 机器人驱动系统
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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。
《机器人的驱动》PPT课件
3.4 液压驱动
液 压 缸
液 压 马 达
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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。
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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
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7
8
工业机器人的组成一体化教程模块五工业机器人的驱动器系统
多种驱动方式
根据实际需要，可采用多种驱动方 式组合使用，实现机器人性能的优 化。
驱动系统的维护和保养
定期检查
清洁与润滑
定期检查驱动系统各部件，如电动机、轴承 、液压油等，确保其正常运转。
定期清洁驱动部件并加注润滑剂，以降低磨 损和噪音。
更换磨损件
系统调试
当驱动部件出现严重磨损或损坏时，及时更 换。
驱动器系统的性能和可靠性直接影响了机器人的运动精度和 速度，以及机器人的使用效果和生产效率。
工业机器人驱动器系统的基本组成
电机
电机是驱动器系统的核心元件，用于产生动力和 运动。工业机器人中常用的电机包括步进电机、 直流电机、交流电机等。
传感器
传感器是驱动器系统的感觉器官，用于检测机器 人的运动位置、速度和姿态。传感器可以通过检 测电机的转速、转角等信息来反馈给控制器，从 而实现机器人的闭环控制。
运行距离
根据机器人运行距离，选择合适的驱动系 统。
安全性
考虑驱动系统的安全性，选择不会因故障 或异常情况影响机器人安全的驱动系统。
选择合适的驱动系统
电动机驱动
采用电动机作为驱动部件，适用于 需要较高速度和精度的机器人。
液压驱动
利用液压系统作为驱动部件，适用 于需要较大力量和扭矩的机器人。
气压驱动
利用气压作为驱动部件，适用于需 要快速响应和防爆的机器人。
控制器
控制器是驱动器系统的指挥中心，用于控制电机 的运动轨迹、速度和精度。控制器可以通过调节 电机的电流、电压等参数来实现对电机的精确控 制。
驱动器
驱动器是连接电机和控制器之间的桥梁，用于将 控制器的指令转化为电机的运动。驱动器通常由 电力电子器件组成，包括晶体管、场效应管等。
机器人机电驱动系统
场合
4
随着机器人技术的不断发展，机电驱动系统也在不断 进步和完善
x
未来，机电驱动系统的发展趋势主要包括以下几个方 面
高效节能：随着环保意识的不断 提高，高效节能成为了机电驱动 系统的一个重要发展方向。通过 优化电机和控制算法，提高机电 驱动系统的能源利用效率，降低
能耗，减少对环境的影响
模块化和可定制化：随着机器人 应用场景的不断变化，对机电驱 动系统的模块化和可定制化的需 求也越来越高。通过标准化设计 和模块化组合，实现不同规格、 不同用途的机电驱动系统，满足
型包括编码器、霍尔传感器、光栅尺等
3
1
机电驱动系统的控制方式主要包括 开环控制和闭环控制
开环控制是指控制器只根据电机的输 入参数进行控制，不对电机的输出进 行监测和反馈。这种控制方式的优点 是结构简单、成本低，但缺点是精度 和稳定性较差，适用于一些简单的运
动控制场合
2
3
闭环控制是指控制器根据电机的输出进 行监测和反馈，并根据反馈信息进行控 制。这种控制方式的优点是精度和稳定 性高，但缺点是结构复杂、成本高，适 用于一些高精度、高稳定性的运动控制
机电驱动系统主要由电机、控制器和传感器等组成。其中， 电机是实现运动的关键部件，控制器则是实现电机控制的核
心部件，传感器则用于实时监测机器人的运动状态
பைடு நூலகம்
02
机电驱动系统可以根据电机的类型、控制方式、传感器类型
等进行分类。其中，电机的类型包括直流电机、交流电机、
步进电机等；控制方式包括开环控制和闭环控制；传感器类
5
机电驱动系统是机器人运动控制的核心部 分，其性能和可靠性直接影响到机器人的
性能和精度
随着技术的不断发展，机电驱动系统也在 不断进步和完善，高效节能、高精度和高 稳定性、模块化和可定制化、智能化等将
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随着机器人技术的不断发展，机电驱动系统也在不断 进步和完善
x
未来，机电驱动系统的发展趋势主要包括以下几个方 面
高效节能：随着环保意识的不断 提高，高效节能成为了机电驱动 系统的一个重要发展方向。通过 优化电机和控制算法，提高机电 驱动系统的能源利用效率，降低
能耗，减少对环境的影响
模块化和可定制化：随着机器人 应用场景的不断变化，对机电驱 动系统的模块化和可定制化的需 求也越来越高。通过标准化设计 和模块化组合，实现不同规格、 不同用途的机电驱动系统，满足
型包括编码器、霍尔传感器、光栅尺等
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机电驱动系统的控制方式主要包括 开环控制和闭环控制
开环控制是指控制器只根据电机的输 入参数进行控制，不对电机的输出进 行监测和反馈。这种控制方式的优点 是结构简单、成本低，但缺点是精度 和稳定性较差，适用于一些简单的运
动控制场合
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闭环控制是指控制器根据电机的输出进 行监测和反馈，并根据反馈信息进行控 制。这种控制方式的优点是精度和稳定 性高，但缺点是结构复杂、成本高，适 用于一些高精度、高稳定性的运动控制
机电驱动系统主要由电机、控制器和传感器等组成。其中， 电机是实现运动的关键部件，控制器则是实现电机控制的核
心部件，传感器则用于实时监测机器人的运动状态
பைடு நூலகம்
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机电驱动系统可以根据电机的类型、控制方式、传感器类型
等进行分类。其中，电机的类型包括直流电机、交流电机、
步进电机等；控制方式包括开环控制和闭环控制；传感器类
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机电驱动系统是机器人运动控制的核心部 分，其性能和可靠性直接影响到机器人的
性能和精度
随着技术的不断发展，机电驱动系统也在 不断进步和完善，高效节能、高精度和高 稳定性、模块化和可定制化、智能化等将
工业机器人三大驱动系统你知道吗机器人直接示教法介绍
工业机器人三大驱动系统你知道吗机器人直接示教法介绍[导读]小编将为大家带来工业机器人驱动系统以及机器人示教方法中的直接示教法的相关介绍，详细内容请看下文。
一直以来，机器人都是大家的关注焦点之一。
因此针对大家的兴趣点所在，小编将为大家带来工业机器人驱动系统以及机器人示教方法中的直接示教法的相关介绍，详细内容请看下文。
一、工业机器人的驱动系统工业机器人的驱动系统根据动力源可分为三类：液压、气动和电动。
这三种基本驱动系统中的每一个都有其自己的特性，并且可以根据实际应用组合为复合驱动系统。
(一)液压驱动系统液压技术是一种相对成熟的技术，具有功率大、力(或力矩)大、惯性比大、响应速度快、易于实现直接驱动的特点。
所以，适用于承载能力大，惯性大且在焊接环境中工作的机器人。
但是，液压系统需要能量转换(电能转换为液压能)。
在大多数情况下，速度控制采用节流速度调节，其效率低于电驱动系统。
液压系统的液体污泥会污染环境，工作噪音会很高。
由于这些缺点，近年来，负载为100 kg或更少的机器人经常被电气系统取代。
(二)气动驱动系统气动驱动系统具有速度快、系统结构简单、维护方便、价格低廉的特点。
所以，适用于中小型负载的机器人。
但是由于难以实现伺服控制，因此通常用于装卸机器人、冲压机器人等程序控制机器人。
(三)电动驱动系统由于低惯性、高转矩AC和DC伺服电动机及其支持的伺服驱动器(AC变频器，DC脉宽调制器)被广泛采用，因此这种类型的驱动系统广泛用于机器人中。
这种类型的系统不需要能量转换，易于使用且控制灵活。
大多数电动机都需要在后面安装精确的传动机构。
有刷直流电动机不能直接用于需要防爆的环境中，其成本高于液压和气动驱动系统。
然而，由于这种类型的驱动系统的突出优点，它被广泛用于机器人中。
二、机器人的示教方法之直接示教法直接示教法可以分为两类：一类是基于位置控制或阻抗控制的直接示教法;另一种是基于力矩控制(具有动态模型)的零力平衡机器人的直接示教方法。
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。
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。
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Compiled by: Dong Chunli
一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式
直接驱动机器人也叫作DD机器人(Direct drive robot)，简称DDR． DD机器人一般指驱动电机通过机械接口直接与关 节连接． DD机器人的特点是驱动电机和关节之间没有速度 和转矩的转换。
Compiled by: Dong Chunli
机器人应用技术
大连职业技术学院 董春利 13804090490 dongcl@ QQ：958385645 实训楼414A
dongcl@
课前提问
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 机器人行走机构有哪些部分组成？主要作用有哪些？ 机器人行走机构有哪几类？各有什么特点？ 车轮式行走机构有几种轮行？取决于哪些因素？ 车轮式行走机构的轮数有哪几种？ 四轮式机构的驱动和转向方式有哪几种？ 车轮式行走机构能否实现上楼梯？如何实现？ 履带式行走机构有哪些部分组成？ 履带式行走机构的形状有几种？ 履带式行走机构与车轮式行走机构比较有什么优势和劣势？ 足式行走机构与履带式行走机构比较有什么优势和劣势？ 足的数目有哪些种类？足的配置有哪些种类？ 足的主平面安排有哪几类？ 足的几何构型有哪几类？ 足的相对方位有哪几类？
Compiled by: Dong Chunli
一、驱动方式
（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。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。 一般要求机器人导轨间隙小或能消除间隙；在垂直于运 动方向上要求刚度高，摩擦系数小且不随速度变化，并 且有高阻尼、小尺寸和小惯量。 通常，由于机器人在速度和精度方面的要求很高，故一 般采用结构紧凑且价格低廉的滚动导轨。
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
Compiled by: Dong Chunli
二、驱动元件
2. 气压驱动元件
与液压驱动相比，气压驱动的特点是：
1）压缩空气粘度小，容易达到高速（1m/s）；
2）利用工厂集中的空气压缩机站供气，不必添加 动力设备； 3）空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应 用于高温作业； 4）气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元 件低。
Compiled by: Dong Chunli
一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式 目前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，进行间接传 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。
一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式 DD机器人与间接驱动机器人相比，有如下优点：
①机械传动精度高． ②振动小，结构刚度好． ③机械传动损耗小． ④结构紧凑，可靠性高． ⑤电机峰值转矩大，电气时间常数小，短时间内可以产生很大 转矩，响应速度快，调速范围宽． ⑥控制性能较好 ．
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三、驱动机构
2.旋转驱动机构
多数普通电机和伺服电机都能够直接产生旋转运动，但其输 出力矩比所需要的力矩小，转速比所需要的转速高。因此，需 要采用各种传动装置把较高的转速转换成较低的转速，并获得 较大的力矩。
有时也采用直线液压缸或直线气缸作为动力源，这就需要把 直线运动转换成旋转运动。这种运动的传递和转换必须高效率 地ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成，并且不能有损于机器人系统所需要的特性，特别是定 位精度、重复精度和可靠性。 运动的传递和转换可以选择齿轮链传动、同步皮带传动和谐 波齿轮等传动方式。
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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。
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一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式
DD机器人目前主要存在的问题 ①载荷变化、耦合转矩及非线性 转矩对驱动及控制影响显著，使 控制系统设计困难和复杂． ②对位置、速度的传感元件提出 了相当高的要求
③需开发小型实用的DD电机．
④电机成本高
成本低。
输出力较小或 较大
体积效小
成本较高。
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三、驱动机构
驱动机构分为旋转驱动方式和直线驱动方式。 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。
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一、驱动方式
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，分别称为转动关节和移动关节。 （1）转动关节 转动关节是在机器人中被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。
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一、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。
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 间接驱动方式是驱动器经过减速器或钢丝绳、皮带、 平行连杆等装置后与关节轴相连
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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
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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； 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。
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一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式
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 直接驱动方式的驱动器和关节之间的机械系统较少，因而能够减 少摩擦等非线性因素的影响，控制性能比较好。 高输出转矩的驱动式及油缸式液压装置，另外还有力矩电机（直 驱马达）等， 液压式装置在结构和摩擦等方面的非线性因素很强，所以很难实 现出直接驱动的优点 力矩电机，采用了非线性主要因素的轴承机械系统，得到了优良 的逆向驱动能力（以关节一侧带动驱动器的输出轴）
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二、驱动元件
1.液压驱动元件
液压传动系统的不足之处是： 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。 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。
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机器人应用技术
第四章 机器人的驱动系统
4.1 机器人的驱动系统概述 4.2 电动机及其特性 4.3 液压驱动系统及其特性 4.4 气压驱动系统及其特性
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机器人应用技术
4.1 机器人的驱动系统概述
一、驱动方式 二、驱动元件 三、驱动机构 四、制动器
气 压 驱 动
异步电动机 电 直流电动机 机 驱 动 步进电动机 伺服电动机
体积较大
中、小型 机器人。
结构简单， 能源方便， 成本低。
速度低， 控制性能较差，惯性大， 需要减速装置， 维修使用方便。 持重大的 不易精确定位 体积较大。 机器人。 容易与CPU连接，控制 性能好，响应快，可精 确定位，但控制系统复 杂。 维修使用较复 杂。 程序复杂、 运动轨迹 要求严格 的机器人。
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一、驱动方式
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、皮带、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机驱动、 远距离驱动等两种。
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一、驱动方式
（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
直接驱动机器人也叫作DD机器人(Direct drive robot)，简称DDR． DD机器人一般指驱动电机通过机械接口直接与关 节连接． DD机器人的特点是驱动电机和关节之间没有速度 和转矩的转换。
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机器人应用技术
大连职业技术学院 董春利 13804090490 dongcl@ QQ：958385645 实训楼414A
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课前提问
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 机器人行走机构有哪些部分组成？主要作用有哪些？ 机器人行走机构有哪几类？各有什么特点？ 车轮式行走机构有几种轮行？取决于哪些因素？ 车轮式行走机构的轮数有哪几种？ 四轮式机构的驱动和转向方式有哪几种？ 车轮式行走机构能否实现上楼梯？如何实现？ 履带式行走机构有哪些部分组成？ 履带式行走机构的形状有几种？ 履带式行走机构与车轮式行走机构比较有什么优势和劣势？ 足式行走机构与履带式行走机构比较有什么优势和劣势？ 足的数目有哪些种类？足的配置有哪些种类？ 足的主平面安排有哪几类？ 足的几何构型有哪几类？ 足的相对方位有哪几类？
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一、驱动方式
（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。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。 一般要求机器人导轨间隙小或能消除间隙；在垂直于运 动方向上要求刚度高，摩擦系数小且不随速度变化，并 且有高阻尼、小尺寸和小惯量。 通常，由于机器人在速度和精度方面的要求很高，故一 般采用结构紧凑且价格低廉的滚动导轨。
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
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二、驱动元件
2. 气压驱动元件
与液压驱动相比，气压驱动的特点是：
1）压缩空气粘度小，容易达到高速（1m/s）；
2）利用工厂集中的空气压缩机站供气，不必添加 动力设备； 3）空气介质对环境无污染，使用安全，可直接应 用于高温作业； 4）气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元 件低。
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一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式 目前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，进行间接传 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。
一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式 DD机器人与间接驱动机器人相比，有如下优点：
①机械传动精度高． ②振动小，结构刚度好． ③机械传动损耗小． ④结构紧凑，可靠性高． ⑤电机峰值转矩大，电气时间常数小，短时间内可以产生很大 转矩，响应速度快，调速范围宽． ⑥控制性能较好 ．
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三、驱动机构
2.旋转驱动机构
多数普通电机和伺服电机都能够直接产生旋转运动，但其输 出力矩比所需要的力矩小，转速比所需要的转速高。因此，需 要采用各种传动装置把较高的转速转换成较低的转速，并获得 较大的力矩。
有时也采用直线液压缸或直线气缸作为动力源，这就需要把 直线运动转换成旋转运动。这种运动的传递和转换必须高效率 地ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成，并且不能有损于机器人系统所需要的特性，特别是定 位精度、重复精度和可靠性。 运动的传递和转换可以选择齿轮链传动、同步皮带传动和谐 波齿轮等传动方式。
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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。
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一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式
DD机器人目前主要存在的问题 ①载荷变化、耦合转矩及非线性 转矩对驱动及控制影响显著，使 控制系统设计困难和复杂． ②对位置、速度的传感元件提出 了相当高的要求
③需开发小型实用的DD电机．
④电机成本高
成本低。
输出力较小或 较大
体积效小
成本较高。
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三、驱动机构
驱动机构分为旋转驱动方式和直线驱动方式。 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。
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一、驱动方式
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，分别称为转动关节和移动关节。 （1）转动关节 转动关节是在机器人中被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。
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一、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。
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 间接驱动方式是驱动器经过减速器或钢丝绳、皮带、 平行连杆等装置后与关节轴相连
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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
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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； 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。
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一、驱动方式
2. 关节直接驱动方式
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 直接驱动方式的驱动器和关节之间的机械系统较少，因而能够减 少摩擦等非线性因素的影响，控制性能比较好。 高输出转矩的驱动式及油缸式液压装置，另外还有力矩电机（直 驱马达）等， 液压式装置在结构和摩擦等方面的非线性因素很强，所以很难实 现出直接驱动的优点 力矩电机，采用了非线性主要因素的轴承机械系统，得到了优良 的逆向驱动能力（以关节一侧带动驱动器的输出轴）
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二、驱动元件
1.液压驱动元件
液压传动系统的不足之处是： 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。 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。
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第四章 机器人的驱动系统
4.1 机器人的驱动系统概述 4.2 电动机及其特性 4.3 液压驱动系统及其特性 4.4 气压驱动系统及其特性
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4.1 机器人的驱动系统概述
一、驱动方式 二、驱动元件 三、驱动机构 四、制动器
气 压 驱 动
异步电动机 电 直流电动机 机 驱 动 步进电动机 伺服电动机
体积较大
中、小型 机器人。
结构简单， 能源方便， 成本低。
速度低， 控制性能较差，惯性大， 需要减速装置， 维修使用方便。 持重大的 不易精确定位 体积较大。 机器人。 容易与CPU连接，控制 性能好，响应快，可精 确定位，但控制系统复 杂。 维修使用较复 杂。 程序复杂、 运动轨迹 要求严格 的机器人。
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一、驱动方式
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、皮带、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机驱动、 远距离驱动等两种。
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一、驱动方式
（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