1.驅(qū)動電動機電動機是機器人驅(qū)動系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。機器人常采用的電動機有:步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機。

(1)步進電動機

經(jīng)常應(yīng)用于開環(huán)控制系統(tǒng),特點為具有較大的低速轉(zhuǎn)矩,可不配減速器,直接驅(qū)動。主要分為三類:

1)永磁式步進電動機:轉(zhuǎn)子由磁性材料制成,具有低力矩、低速度、低成本的特點,一般用于計算機外圍設(shè)備(打印機、光驅(qū)等)。

2)變磁阻式步進電動機:沒有磁性材料,不通電時,沒有保持力矩,也稱感應(yīng)式步進電動機。

3)混合式步進電動機:上述兩種步進電動機的結(jié)合,是目前應(yīng)用越來越廣的一種電動機。步進電動機驅(qū)動多為開環(huán)控制,控制簡單但功率不大,有較好的制動效果,但在速度很低或大負載情況下,可能產(chǎn)生丟步現(xiàn)象,多用于低精度、小功率機器人系統(tǒng)。

(2)直流伺服電動機

該類電動機在 20 世紀 80年代中期以前被廣泛使用,優(yōu)點是易于控制,缺點是需要定期維護,速度不能太高,功率不能太大。

(3)交流伺服電動機

轉(zhuǎn)子是永磁的,線圈繞在定子上,沒有電刷。線圈中通交變電流。轉(zhuǎn)子上裝有碼盤傳感器,檢測轉(zhuǎn)子所處的位置,根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置,控制通電方向。由于線圈繞在定子上,可以通過外殼散熱,可做成大功率電動機。由于沒有電刷,可以免維護。目前,該類電動機是機器人上應(yīng)用最多的電動機。

和步進電動機相比,伺服電動機有以下幾點優(yōu)勢:

1)實現(xiàn)了位置、速度和力矩的閉環(huán)控制,克服了步進電機失步的問題。

2)高速性能好,一般額定轉(zhuǎn)速能達到 2000~3000/min。

3)抗過載能力強,能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負載,對有瞬間負載波動和要求快速啟動的場合特別適用。

4)低速運行平穩(wěn),低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進電動機的步進運行現(xiàn)象。

5)電動機加減速的動態(tài)相應(yīng)時間短,一般在幾十毫秒之內(nèi)。

6)發(fā)熱和噪聲明顯降低。

2.關(guān)節(jié)減速機構(gòu)為了提高機器人控制精度,增大驅(qū)動力矩,一般均需配置減速機。

(1)諧波減速機具有傳動比大、傳動平穩(wěn)、齒面磨損小而均勻、傳動效率和精度高、回差小等優(yōu)點,常作為機器人手腕關(guān)節(jié)的減速及傳動裝置。

(2)RⅤ擺線針輪減速機具有傳動速比大、同軸線傳動、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、剛度好、轉(zhuǎn)動慣量小的優(yōu)點,但質(zhì)量較大,適用于作為機器人的第一級的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(腰關(guān)節(jié))。

機器人是由多軸(關(guān)節(jié))組成的,每軸的運動都影響機器人末端的位置和姿態(tài)。如何協(xié)調(diào)各軸的運動,使機器人末端完成要求的軌跡,是需要解決的問題。

(3)滾動螺旋傳動(滾珠絲杠)滾動螺旋傳動能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)運動與直線運動的相換。在一些機器人的直線傳動中有螺旋傳動的應(yīng)用。

3.關(guān)節(jié)傳動機構(gòu)大部分機器人的關(guān)節(jié)是間接驅(qū)動的,通常有下列兩種形式:

(1)鏈條、鋼帶鏈條和鋼帶的剛度好,是遠程驅(qū)動的手段之一，而且能傳遞較大的力矩。

(2)平行四邊形連桿這種方式的特點是能夠把驅(qū)動器安裝在手臂的根部，而且該結(jié)構(gòu)能夠使坐標變換運算變得極為簡單。

審核編輯 黃昊宇