什么是机器人直接驱动方式,间接驱动方式?各有什么特点

作者&投稿:齐奇 (联系方式在网页底部的电邮联系)
工业机器人三种驱动方法分别适用什么场合~

工业机器人的驱动系统,按动力源分为液压,气动和电动三大类。根据需要也可由这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。这三类基本驱动系统的各有自己的特点。
液压驱动系统:由于液压技术是一种比较成熟的技术。它具有动力大、力(或力矩)与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。适于在承载能力大,惯量大以及在防焊环境中工作的这些机器人中应用。但液压系统需进行能量转换(电能转 换成液压能),速度控制多数情况下采用节流调速,效率比电动驱动系统低。液压系统的液体泄泥会对环境产生污染,工作噪声也较高。因这些弱点,近年来,在负荷为100kz以下的机器人中往往被电动系统所取代。
气动驱动系统:具有速度快、系统结构简单,维修方便、价格低等特点。适于在中、小负荷的机器人中采用。但因难于实现伺服控制,多用于程序控制的机械人中,如在上、下料和冲压机器人中应用较多。
电动驱动系统:由于低惯量,大转矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器(交流变频器、直流脉冲宽度调制器)的广泛采用,这类驱动系统在机器人中被大量选用。这类系统不需能量转换,使用方便,控制灵活。大多数电机后面需安装精密的传动机构。直流有刷电机不能直接用于要求防爆的环境中,成本也较上两种驱动系统的高。但因这类驱动系统优点比较突出,因此在机器人中被广泛的选用。
综合上述四种驱动方式的优缺点,结合本设计之工业机械手的各项规格要求,应选用气压传动作为本机械手的驱动系统。
气动机器入采用压缩空气为动力源,一般从工厂的压缩空气站引到机器作业位置,也可单独建立小型气源系统。由于气动机器人具有气源使用方便, 不污染环境,动作灵活迅速、工作安全可靠、操作维修简便以及适于在恶劣环境下工作等特点,因此它在冲压加工、注塑及压铸等有毒或高温条件下作业,机床上、下料,仪表及轻工行业中、小型零件的输送和自动装配等作业,食品包装及输送,电子产品输送、自动插接,弹药生产自动化等方面获得广泛应用。
气动驱动系统在多数情况下是用于实现两位式的或有限点位控制的中、小机器人中的。这类机器人多是圆柱坐标型和直接坐标型或二者的组合型结构;3—5个自由度,负荷在200N以内,速度300~1000mm/s,重复定位精度为±0.1~±0.5mm。控制装置目前多数选用可编程控制器(PLC控制器)。在易燃、易爆的场合下可采用气动逻辑元件组成控制装置。

机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统和控制系统。
驱动系统,要使机器人运作起来,各需各个关节即每个运动自由度安置传动装置。这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气压传动、电动传动、或者把它们结合起来应用综合系统,可以是直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接传动。
机械结构传动,工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、末端操作器三大部分组成,每一个大件都有若干个自由度的机械系统。若基座不具备行走机构,则构成行走机器人;若基座不具备行走及弯腰机构,则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件,它可以是二手指或多手指的手抓,也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。
感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成,用以获得内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的,然而,对于一些特殊的信息,传感器比人类的感受系统更有效。
机器人一环境交换系统是现代工业机器人雨外部环境中的设备互换联系和协调的系统。工业机器人与外部设备集成为一个功能单元,如加工单元、焊接单元、装配单元等。当然,也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。
人工交换系统是操作人员与机器人控制并与机器人联系的装置,例如,计算机的标准终端,指令控制台,信息显示板,危险信号报警器等。该系统归纳起来分为两大类:指令给定装置和信息显示装置。
控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。假如工业机器人不具备信息反馈特征,则为开环控制系统;若具备信息反馈特征,则为闭环控制系统。根据控制原理,控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运行的形式,控制系统可分为点位控制和轨迹控制。

机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类型。

液压驱动方式

液压驱动的特点是功率大,结构简单,可以省去减速装置,能直接与被驱动的连杆相连,响应快,伺服驱动具有较高的精度,但需要增设液压源,而且易产生液体泄漏,故目前多用于特大功率的机器人系统。

优点:

(1)液压容易达到较高的单位面积压力体积较小,可以获得较大的推力或转矩。

(2)液压系统介质的可压缩性小,工作平稳可靠,并可得到较高的位置精度。

(3)液压传动中,力、速度和方向比较容易实现自动控制。

(4)液压系统采用油液作介质,具有防锈性和自润滑性能,可以提高机械效率,使用寿命长。

缺点:

(1)油液的粘度随温度变化而变化,这将影响工作性能。高温容易引起燃烧、爆炸等危险。

(2)液体的泄漏难于克服,要求液压元件有较高的精度和质量,故造价较高。

(3)需要相应的供油系统,尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置,否则会引起故障。 

气压驱动方式

气压驱动的能源、结构都比较简单,但与液压驱动相比,同体积条件下功率较小,而且速度不易控制,所以多用于精度不高的点位控制系统。

优点:(1)压缩空气粘度小,容易达到高速(1m/s)。

(2)利用工厂集中的空气压缩机站供气,不必添加动力设备。

(3)空气介质对环境无污染,使用安全,可直接应用于高温作业。

(4)气动元件工作压力低,故制造要求也比液压元件低。

缺点:

(1)压缩空气常用压力为0.4~0.6MPa,若要获得较大的压力,其结构就要相对增大。

(2)空气压缩性大,工作平稳性差,速度控制困难,要达到准确的位置控制很困难。<br />

(3)压缩空气的除水问题是一个很重要的问题,处理不当会使钢类零件生锈,导致机器人失灵。此外,排气还会造成噪声污染。

电气驱动方式

电气驱动所用能源简单,机构速度变化范围大,效率高,速度和位置精度都很高,且具有使用方便、噪声低和控制灵活的特点。



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