1.驅動電動機電動機是機器人驅動系統中的執行元件。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

經常應用于開環控制系統,特點為具有較大的低速轉矩,可不配減速器,直接驅動。主要分為三類:

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

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合,是目前應用越來越廣的一種電動機。步進電動機驅動多為開環控制,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,可能產生丟步現象,多用于低精度、小功率機器人系統。

(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。轉子上裝有碼盤傳感器,檢測轉子所處的位置,根據轉子的位置,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勢:

1)實現了位置、速度和力矩的閉環控制,克服了步進電機失步的問題。

2)高速性能好,一般額定轉速能達到 2000~3000/min。

3)抗過載能力強,能承受三倍于額定轉矩的負載,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,低速運行時不會產生類似于步進電動機的步進運行現象。

5)電動機加減速的動態相應時間短,一般在幾十毫秒之內。

6)發熱和噪聲明顯降低。

2.關節減速機構為了提高機器人控制精度,增大驅動力矩,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、齒面磨損小而均勻、傳動效率和精度高、回差小等優點,常作為機器人手腕關節的減速及傳動裝置。

(2)RⅤ擺線針輪減速機具有傳動速比大、同軸線傳動、結構緊湊、效率高、剛度好、轉動慣量小的優點,但質量較大,適用于作為機器人的第一級的旋轉關節(腰關節)。

機器人是由多軸(關節)組成的,每軸的運動都影響機器人末端的位置和姿態。如何協調各軸的運動,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)滾動螺旋傳動能夠實現回轉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用。

3.關節傳動機構大部分機器人的關節是間接驅動的,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動器安裝在手臂的根部，而且該結構能夠使坐標變換運算變得極為簡單。

審核編輯 黃昊宇