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工業(yè)機器人驅動(dòng)系統包括驅動(dòng)器和傳動(dòng)機構,它們常和工業(yè)機器人本體機械結構連成一體,驅動(dòng)臂桿和載荷完成指定的任務(wù)。驅動(dòng)器指的是電機及其他形式的驅動(dòng)元件,傳動(dòng)機構是指各種形式的機械傳動(dòng)裝置,如圓柱齒輪減速裝置、諧波齒輪減速裝置等。一般工業(yè)機器人的驅動(dòng)裝置是帶動(dòng)執行機構的動(dòng)力源。
目前所采用的驅動(dòng)方式按動(dòng)力源不同可分為電動(dòng),液動(dòng)和氣動(dòng)三種基本類(lèi)型。這三種類(lèi)型各有特點(diǎn),適用于不同場(chǎng)合。
電動(dòng)機驅動(dòng)是利用各種類(lèi)型的電動(dòng)機經(jīng)過(guò)機械傳動(dòng)(或直接)驅動(dòng)工業(yè)機器人以獲得各種運動(dòng)。特點(diǎn)是電源方便,響應快,驅動(dòng)力大,信號檢測、傳遞、處理方便,并可以采用多種靈活的控制方式,其應用類(lèi)型大致分為普通交、直流電機驅動(dòng)、直流伺服電機驅動(dòng)、交流伺服電機驅動(dòng)、步進(jìn)電機驅動(dòng)等,和電機相配的減速器一般采用諧波減速器、擺線(xiàn)針輪減速器或者行星齒輪減速器。
電力驅動(dòng)因不需要能量轉換、控制靈活、使用方便、噪聲較低、起動(dòng)力矩大等優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)機器人控制中廣泛應用。液壓驅動(dòng)工業(yè)機器人通常是由各種液壓缸、液壓馬達、伺服閥、液壓泵站等組成驅動(dòng)系統,其特點(diǎn)是:結構緊湊,動(dòng)作平穩,耐沖擊,耐振動(dòng),防爆性好,輸出力和力矩大,但是液壓元件要求較高的密封性,否則易造成污染,而且運動(dòng)精度較電動(dòng)驅動(dòng)為低。
工業(yè)機器人液壓驅動(dòng)常用于輸出力和力矩大的場(chǎng)合,廣泛應用于工程機械領(lǐng)域的起重機,裝載機,挖掘機等。氣動(dòng)式驅動(dòng)系統通常是各種氣缸、氣閥、氣馬達等組成。
目前,先進(jìn)的氣壓驅動(dòng)常采用可編程閥島技術(shù)和模塊式閥島技術(shù)以實(shí)現氣動(dòng)自動(dòng)化。氣動(dòng)的特點(diǎn)是氣源方便,動(dòng)作迅速、結構簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維修方便。但由于氣體的可壓縮性,難以實(shí)現較高的位置精度和伺服控制,運動(dòng)的穩定性差,故大多用于中低負荷的工業(yè)機器人系統中。目前出現了一種新的氣動(dòng)驅動(dòng)技術(shù),即氣動(dòng)肌肉。利用氣體的可壓縮性使其對裝在手臂上伸縮裝置進(jìn)行沖放氣,從而拉動(dòng)關(guān)節進(jìn)行運動(dòng)。該技術(shù)目前應用較少,但作為一種新興的技術(shù),引起較大的關(guān)注。
綜合比較以上三種驅動(dòng)方式的優(yōu)劣,我們選用電機驅動(dòng)方式。工業(yè)工業(yè)機器人常用驅動(dòng)分為三大類(lèi):直流伺服電機,交流伺服電機,步進(jìn)電機。下面將對一些常見(jiàn)的電機性能進(jìn)行比較。
直流伺服電機:控制電路較簡(jiǎn)單,系統價(jià)格較低廉,但電機電刷有磨損,需定時(shí)調整及更換,既麻煩又影響性能,電刷還能產(chǎn)生火花,易引爆可燃物質(zhì)如漆霧、粉塵等,有時(shí)不夠安全。交流伺服電機:結構較簡(jiǎn)單,無(wú)電刷,運行安全可靠,但控制電路較復雜,系統價(jià)格較高。
步進(jìn)電機:是以電脈沖使其轉子產(chǎn)生轉角,控制電路較簡(jiǎn)單,也不需要檢測反饋環(huán)節,因此價(jià)格較低廉,但步進(jìn)電機的功率不大、不適用于大負荷的工業(yè)機器人。傳動(dòng)機構不僅用于驅動(dòng)器和執行機構之間的轉速和轉矩的匹配,而且是伺服系統的一部分,要與伺服電動(dòng)機的動(dòng)態(tài)特性相匹配,所以在設計過(guò)程中要綜合考慮傳動(dòng)機構與控制裝置、伺服電動(dòng)機的相互影響。
另外,工業(yè)機器人傳動(dòng)機構應具有良好的伺服性能,其中包括傳動(dòng)精度和定位精度高,響應速度快,速度的穩定性好,同時(shí),傳動(dòng)機構應滿(mǎn)足轉動(dòng)慣量小、剛度大、阻尼合適等要求。用于工業(yè)機器人的傳動(dòng)裝置除了常用的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)外,還可選用平行帶、同步齒形帶、鏈條和繩索等長(cháng)距離傳動(dòng)機構,應根據工業(yè)機器人的設計需要,選擇合適的傳動(dòng)機構。
另外,對于傳動(dòng)機構,除了合理的選擇傳動(dòng)機構形式,還應當選擇合適的減速比,使之與伺服電動(dòng)機相匹配,起到降速增扭矩的作用,以滿(mǎn)足設計需要。