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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