题目 1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型 比较2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型 比较3、现在机器人的控制系统、控制结构概述机器人问世已有几十年 但没有一个统一的意见。

原因之一是机器人还在发展 另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念 成为一个难以回答的哲学问题。

也许正是由于机器人定义的模糊 才给了人们充分的想象和创造空间。

美国机器人协会 RIA) 一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的 通过程序动作来执行各种任务 并具有编程能力的多功能操作机。

美国家标准局 一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。

1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义 “工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能 能完成各种作业的可编程操作机。

日本工业标准局 一种机械装置 在自动控制下 能够完成某些操作或者动作功能。

英国 貌似人的自动机 具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。

中国 我国科学家对机器人的定义是 “机器人是一种自动化的机器 这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力 如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力 是一种具有高度灵活性的自动化机器”。

尽管各国定义不同 但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点 (1) 是一种自动机械装置 可以在无人参与下 自动完成多种操作或动作功能 即具有通用性。

(2)可以再编程 程序流程可变 即具有柔性(适应性 。

机器人是20世纪人类伟大的发明 比尔•盖茨预言 机器人即将重复PC机崛起的道路 彻底改变这个时代的生活方式。

机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果 代表了机电一体化的最高成就 是当代科学技术发展最活跃的领域之一。

概述驱动方式现代工业机器人的驱动方式主要有三种 气动驱动、液压驱动和电动驱动。

气动驱动机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。

气动驱动机器人具有气源方便 系统结构简单 动作快速灵活 不污染环境以及维护方便、价格便宜、适合在恶劣工况 高温、有毒、多粉尘 条件下工作等特点。

常用于冲床上下料 小零件装配、食品包装及电子元件输送等作业中。

由于气体可压缩 遇阻时具有容让性 因此也常用作机器人手爪的驱动源。

气动驱动系统的组成1 气源 气动机器人可直接使用工厂压缩空气站的气源 或自行设置气源一般气体压力约0.5~0.7MPa 流量200~500L/h。

2 控制调节元件 包括气动阀、快速排气阀、调压器、制动器、限位器等3 辅助元件与装置 包括分水过滤器以及油雾器和调压器做成组装式结构称为气动三联件。

4 气动动力机构 机器人中用的是直线气缸和摆动气缸。

5 制动器 由于气缸活塞的速度较高因此要求机器人准确定位时 需采用制动器。

制动方式有反压制动。

制动装置制动。

6 限位器 包括限位开关 接触式和非接触式 及限位挡块式锁紧结构。

液压驱动在机器人的发展过程中 液压驱动是较早被采用的驱动方式。

世界上首先问世的商品化机器人尤尼美特就是液压机器人。

液压驱动主要用于中大型机器人和有防爆要求的机器人。

液压驱动的组成1.油源 通常把油箱、滤油器、压力表等构成单元称为油源。

通过电机带动油泵把油箱中的低压油变成高压油 供给液压执行机构。

机器人液压系统的油液工作压力一般是7~14MPa。

2.执行机构 液压系统的执行机构分为直线油箱和回转油箱。

机器人运动部件的直线运动和回转运动绝大多数都是直接用直线缸和回转缸驱动产生 叫做直接驱动方式 有时由于结构安排的需要也可以用转换产生回转或直线运动3.控制调节原件 有溢流阀 电磁阀 单向阀 节流阀等。

4.辅助元件 蓄能器等。

电动驱动系统1.电动驱动系统的组成电动驱动系统的主要组成部分有位置比较控制器 速度比较控制器,信号和功率放大器,驱动电机,减速器,以及构成闭环伺服驱动系统不可缺少的位置和速度检测 反馈 部分,对于采用步进电机的驱动系统, 则没有反馈环节,构成的是开环系统。

2.机器人常用驱动电抓的特点和应用范围工业机器人常用驱动电机分为三大类 直流伺服电机, 交流伺服电机, 步进电机。

直流伺服电机的控制电路较简单, 系统价格较低廉, 但电机电刷有磨损, 需定时调整及更换, 既麻烦又影响性能, 电刷还能产生火花, 易引爆可燃物质 如漆雾、粉尘等 ,有时不够安全。

交流伺服电机结构较简单, 无电刷,运行安全可靠, 但控制电路较复杂, 系统价格较高,步进电机是以电脉冲便其转子产生转角, 控制电路较简单, 也不需要检测反馈环节, 因此价格较低廉, 但步进电机的功率不大、不适用于大负荷的机器人。

工业机器人驱动电机功率的远择要考虑两方面的因素 一是在最高速度、最大负荷条件下所需的动力, 二是在规定时间内能使负荷加、减速至规定值所需的动力, 通常更多的是根据后者来选定。

传动机构机器人传动机构的基本要求(1) 结构紧凑 即同比体积最小、重量最轻(2) 传动刚度大 即承受扭矩时角度变形要小 以提高整机的固有领率 降低整机的低频振动(3) 回差小 即由正转到反转时空行程要小 以得到较高的位置控制精度(4) 寿命长、价格低。

类型齿轮传动、谐波传动、行星传动 RV 、涡轮传动、链传动、齿形带传动、钢带传动、钢绳传动、连杆及摇块传动、滚动螺旋传动、齿轮齿条传动等其中腰关节最常用谐波传动、齿轮/蜗轮传动 臂关节最常用谐波传动、RV摆线针轮行星传动和滚动螺旋传动。

腕关节最常用齿轮传动、谐波传动、同步带传动和纲绳传动。

1.齿轮传动 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。

按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。

具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。

2.谐波传动 谐波传动是利用一个构建的可控制的弹性变形来实现机械运动的传递。

谐波传动通常由三个基本构件组成 包括一个有内齿的刚轮 一个工作时可产生径向弹性变形并带有外齿的柔轮和一个装在柔轮内部、呈椭圆形、外圈带有柔性滚动轴承的波发生器。

柔轮的外齿数扫与刚轮的内齿数。

在波发生器转动时相应与长轴方向的柔轮外齿正好完全啮入刚轮的内齿 在短轴方向 则外齿全脱开内齿。

当刚轮固定 波发生器发生转动时 柔轮的外齿将依次啮入和啮出刚轮的内齿 柔轮齿圈上的任意一点的径向位移将呈近似于余弦波形的变化 所以这种传动称为谐波传动。

3.行星传动 行星齿轮传动的主要特点是体积小 承载能力大 工作平稳 但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂 要求制造精度高。

行星齿轮传动中有些类型效率高 但传动比不大。

另一些类型则传动比可以很大 但效率较低 用它们作减速器时 其效率随传动比的增大而减小 作增速器时则有可能产生自锁。

常见行星齿轮传动的类型和性能见附表[常见行星齿轮传动的类型和性能]。

差动轮系可以把两个给定运动合成起来 也可把一个给定运动按照要求分解成两个基本件的运动。

汽车差速器就是分解运动的例子。

行星齿轮传动应用广泛 并可与无级变速器、液力耦合器和液力变矩器等联合使用 进一步扩大使用范围。

4.涡轮传动 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成 一般蜗杆为主动件。

蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分 分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。

蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆 即蜗杆转一周 蜗轮转过一齿 若蜗杆上有两条螺旋线 就称为双头蜗杆 即蜗杆转一周 蜗轮转过两个齿。

5.链传动 链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。

6.齿形带传动 带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。

根据传动原理的不同 有靠带与带轮间的摩擦力传动的摩擦型带传动也有靠带与带轮上的齿相互啮合传动的同步带传动。

6.钢带传动 刚带传动具有运动准确、耐高温、耐冲击、无噪音寿命持久结构简单 使用方便价格便宜等一系列优点7.钢绳传动 钢丝绳传动是简单有效的传动方式。

其典型的应用是采用多股钢丝绳缠绕在两个传动轮上 钢丝绳端部固定在大轮上 应用多股钢丝绳传递转矩。

8.螺旋传动 利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。

主要用于将旋转运动转换成直线运动 将转矩转换成推力。

传感器目前机器人只具有视觉、听觉、和触觉 这些感觉是通过相应的传感器得到的。

传感器按一定的规律实现信号检测并将被测量通过变送器变成另外一种物理量。

传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成。

如图机器人用的传感器可分为检测内部状态信息传感器和检测外部对象和外部环境状态的外部信息传感器。

内部信息传感器包括检测位置、速度、力、力矩、温度以及异常变化的传感器。

外部信息传感器包括视觉传感器、触觉传感器、力觉传感器接近觉传感器家、角度传感器等。

1.电位器电位器是一种典型的位置传感器 可分直线型 测量位移 和旋转性 测量角度 。

电位器由环状或棒状电阻丝和滑动片组成。

分为导电塑料、线绕式 混合式等滑片型和磁阻式、光标式等非接触式。

2.测速发电机测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。

他利用发电机原理 把机械转速变换成电压信号 其输出电压与输入的转速成正比关系。

3.光学编码器光学编码器是一种通过广电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或者数字量的传感器。

光电编码器是一种在伺服控制系统中应用非常广泛的高精度的位移传感器。

通常分为增量式和绝对式。

4.触觉传感器用于机器人中模仿触觉功能的传感器。

按照所采用的敏感元件的不同可分为压阻、电容、按照功能大致可分为触觉传感器、力-力矩传感器、压觉传感器和滑觉传感器5.力-力矩传感器力和力矩传感器是用来检测设备内部力或与外部环境相互作用力为目的的。

力不是直接可测量的物理量 而是通过其他物理量间接测量出来的。

其测试方法包括a通过检测物体弹性变形测量力。

b通过检测物体压电效应测量力。

c通过检测物体压磁效应测量力。

d采用电动机、液压马达驱动的设备可以通过检测电动机电流及液压马达油压等方法测量力或转矩。

e装有速度加速度传感器装置的设备 可以通过速度与加速度的测量推出测量力。

6.滑觉传感器滑觉传感器是检测垂直加压方向力和位移的传感器如图1用用手爪抓取处于水平位置的物体时 手爪对物体施加水平压力 如果压力较小垂直方向作用的重力会克服这个压力使物体下滑。

7.接近传感器机器人应用的接近传感器主要有 磁力式、红外线式、超声波式等类型的测距传感器。

8.视觉传感器机器人视觉系统的重要特点是数据量大且要求处理速度快。

实用的机器人视觉系统由硬件和软件两部分组成。

硬件部分包括 景物和距离传感器、照明和光学系统、视频信号数字化设备、视频信号快速处理器、计算机及其外设、机器人或机械手及其控制器。

软件部分包括 计算机系统软件、机器人视觉处理算法、机器人控制软件。