1、 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構第二章 機器人本體的機械結構第一節 機器人的組成和分類 第二節 機器人的主要技術參數第三節 機器人的機械結構與運動 第四節 機器人的驅動機構2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構第一節 機器人的組成和分類 機器人是一個機電一體化的設備。從控制觀點來看，機器人是一個機電一體化的設備。從控制觀點來看，機器人系統可以分成四大部分：機器人執行機構、驅機器人系統可以分成四大部分：機器人執行機構、驅動裝置、控制系統、感知反饋系統。動裝置、控制系統、感知反饋系統。一、機器人的組成機機 器器 人人執行機構執行機構驅動裝置驅動裝置控制系統控制

2、系統感知系統感知系統 基座基座（固定或移動固定或移動）手部手部腕部腕部臂部臂部肩部肩部電驅動裝置電驅動裝置液壓驅動裝液壓驅動裝置置氣壓驅動裝氣壓驅動裝置置處理器處理器關節伺服控制器關節伺服控制器內部傳感內部傳感器器外部傳感外部傳感器器2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-1一、執行機構一、執行機構 包括：手部、腕部、臂部、肩部和基座等。相當于人的肢體。包括：手部、腕部、臂部、肩部和基座等。相當于人的肢體。二、驅動裝置二、驅動裝置 包括：驅動源、傳動機構等。相當于人的肌肉、筋絡。包括：驅動源、傳動機構等。相當于人的肌肉、筋絡。三、感知反饋系統三、感知反饋系統

3、 包括：內部信息傳感器，檢測位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測包括：內部信息傳感器，檢測位置、速度等信息；外部信息傳感器，檢測機器人所處的環境信息。相當于人的感官和神經。機器人所處的環境信息。相當于人的感官和神經。四、控制系統四、控制系統 包括：處理器及關節伺服控制器等，進行任務及信息處理，并給出控制信包括：處理器及關節伺服控制器等，進行任務及信息處理，并給出控制信號。相當于人的大腦和小腦。號。相當于人的大腦和小腦。內部傳感器內部傳感器（位形檢測）（位形檢測）控制系統控制系統驅動驅動裝置裝置執行執行機構機構工作對象工作對象外部傳感器（外部傳感器（環境檢測）環境檢測） 1處理器處理器關節控制

4、器關節控制器 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-1液壓式液壓式具有大的抓舉能力，結構緊湊，動作平穩，耐沖擊；但要求液壓元件有較高的制造精度，密封性能。氣動式氣動式氣源方便，動作迅速，結構簡單，造價較低；但難以進行速度控制，抓緊能力較低。電動式電動式電源方便，響應快，驅動力較大，可以采用多種靈活的控制方案。機器人的執行機構的驅動方式機器人的執行機構的驅動方式 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構二、機器人的分類 1.按機器人的控制方式分類（1）非伺服機器人 （2）伺服控制機器人 非伺服機器人按照預先編好的程序順序進行工作，使用限位開關、制動器、插銷板和定序器來控制

5、機器人的運動。 通過傳感器取得的反饋信號與來自給定裝置的綜合信號比較后，得到誤差信號，經放大后用以激發機器人的驅動裝置，進而帶動手部執行裝置以一定規律運動，到達規定的位置或速度等，這是一個反饋控制系統。 2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-1最常見的構型是用其坐標特性來描述的。最常見的構型是用其坐標特性來描述的。 一、工業機器人一、工業機器人 （操作臂（操作臂 1、直角坐標型、直角坐標型 (3P)結構、控制算法簡單，定位精度高；但工作空間較小，結構、控制算法簡單，定位精度高；但工作空間較小，占地面積大，慣性大，靈活性差。占地面積大，慣性大，靈活性差。 機

6、器人的構型機器人的構型 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-12、圓柱坐標型、圓柱坐標型 (R2P)結構簡單緊湊，運動直觀，結構簡單緊湊，運動直觀，其運動耦合性較弱，控制也較其運動耦合性較弱，控制也較簡單，運動靈活性稍好。但自身占據空間也較大，簡單，運動靈活性稍好。但自身占據空間也較大，但轉動但轉動慣量較大，定位精度相對較低慣量較大，定位精度相對較低。圓柱坐標型機器人模型圓柱坐標型機器人模型Verstran 機器人機器人Verstran 機器人機器人機器人的構型機器人的構型 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-13、極坐標型（也稱球面坐標型）、極坐標

7、型（也稱球面坐標型）(2RP)有較大的作業空間，結構緊湊較復雜，定位精度較低。有較大的作業空間，結構緊湊較復雜，定位精度較低。極坐標型機器人模型極坐標型機器人模型Unimate Unimate 機器人機器人機器人的構型機器人的構型 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-14、關節坐標型、關節坐標型 (3R)對作業的適應性好，工作空間大，工作靈活，結構緊湊，對作業的適應性好，工作空間大，工作靈活，結構緊湊，通用性強，但坐標計算和控制較復雜，難以達到高精度。通用性強，但坐標計算和控制較復雜，難以達到高精度。關節型搬運機器人關節型搬運機器人關節型焊接機器人關節型焊接機器人關節型機

8、器人模型關節型機器人模型機器人的構型機器人的構型 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-15、平面關節型、平面關節型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ，簡稱SCARA)僅平面運動有耦合性，控制較通用關節型簡單。運動靈活僅平面運動有耦合性，控制較通用關節型簡單。運動靈活性更好，性更好，速度快，定位精度高，速度快，定位精度高，鉛垂平面剛性好鉛垂平面剛性好，適于裝，適于裝配作業。配作業。SCARA型裝配機器人型裝配機器人機器人的構型機器人的構型 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-1仿生型仿生型 自由度一般較

9、多，具有更強的適應性和靈活性，但控制更自由度一般較多，具有更強的適應性和靈活性，但控制更復雜，成本更高，剛性較差。復雜，成本更高，剛性較差。類人型機器人類人型機器人仿狗機器人仿狗機器人蛇形機器人蛇形機器人 二、特種機器人二、特種機器人 機器人的構型機器人的構型 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2022-3-1六輪漫游機器人六輪漫游機器人仿魚機器人仿魚機器人仿鳥機器人仿鳥機器人六足漫游機器人六足漫游機器人 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2.按機器人結構坐標系特點方式分類（1）直角坐標型 （2）圓柱坐標型（3） 極坐標型 （4） 多關節型2022-3-1 第二章機器人的機

10、械結構第二章機器人的機械結構四種坐標型機器人的機構簡圖（1）直角坐標型 （2）圓柱坐標型 （3）極坐標型 （4）關節型2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構第二節 機器人的主要技術參數1自由度 自由度是指描述物體運動所需要的獨立坐標數。 2工作空間 機器人的工作空間是指機器人手臂或手部安裝點所能達到的所有空間區域，不包括手部本身所能達到的區域。 3工作速度 機器人在工作載荷條件下、勻速運動過程中，機械接口中心或工具中心點在單位時間內所移動的距離或轉動的角度。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構4工作載荷 機器人在規定的性能范圍內，機械接口處能承

11、受的最大負載量（包括手部）。用質量、力矩、慣性矩來表示。5控制方式 機器人用于控制軸的方式，是伺服還是非伺服，伺服控制方式是實現連續軌跡還是點到點的運動。6驅動方式 指關節執行器的動力源。7精度、重復精度和分辨率 精度、重復精度和分辨率用來定義機器人手部的定位能力。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 一臺持重30kg，供搬運、檢測、裝配用的圓柱坐標型工業機器人，這臺機器人的主要技術指標如下：sradAsradAsmmmmAsmmmmAsradA/05. 1190/10. 2360/1200500/600500/10. 230005043201自由度：共有三個基本關節

12、1，2，3和兩個選用關節4，5；工作范圍：見左圖所示；關節移動范圍及速度：重復定位誤差：0.05mm控制方式：五軸同時可控，點位控制；持重（最大伸長、最高速度下）：30kg驅動方式：三個基本關節由交流伺服電機驅動，并采用增量式角位移檢測裝置；2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構第三節 機器人的機械結構與運動一、機器人機械結構的組成1、手部結構2、手腕結構3、臂部結構4、機身結構2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構二、機器人機構的運動1.手臂和本體的運動（1）垂直移動 指機器人手臂的上下運動。這種運動通常采用液壓缸機構或其他垂直升降機構來完成，

13、也可以通過調整整個機器人機身在垂直方向上的安裝位置來實現。（2）徑向移動 是手臂的伸縮運動。機器人手臂的伸縮使其手臂的工作長度發生變化。在圓柱坐標式結構中，手臂的最大工作長度決定其末端所能達到的圓柱表面直徑。（3）回轉運動 指機器人繞鉛垂軸的轉動。這種運動決定了機器人能手臂所能到達的角位置。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2.手腕的運動 (1)手腕旋轉 手腕繞小臂軸線的轉動。有些機器人限制其手腕轉動角度小于360度。另一些機器人則僅僅受到控制電纜纏繞圈數的限制，手腕可以轉幾圈。 (2)手腕彎曲 指手腕的上下擺動，這種運動也稱為俯仰。 (3)手腕側擺 指機器人手腕的

14、水平擺動。手腕的旋轉和俯仰兩種運動結合起來可以構成側擺運動，通常機器人的側擺運動由一個單獨的關節提供。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構三、機身和臂部機構 常用的機身結構有：（1）升降回轉型機身結構；（2）俯仰型機身結構；（3）直移型機身結構；（4）類人機器人機身結構。 機身是直接連接、支承和傳動手臂及行走機構的部件。 2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2.臂部結構 手臂部件（簡稱臂部）是機器人的主要執行部件，它的作用是支承腕部和手部，并帶動它們在空間運動。 根據臂部的運動和布局、驅動方式、傳動和導向裝置的不同，可分為： （1）伸縮型臂部

15、結構； （2）轉動伸縮型臂部結構； （3）屈伸型臂部結構以及; （4）其他專用的機械傳動臂部結構。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構3.機身和臂部的配置型式 機身和臂部的配置形式基本上反映了機器人的總體布局。 （1）橫梁式 單臂懸掛式 雙臂懸掛式2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（2）立柱式 單臂式 雙臂式2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（3）機座式 單臂回轉式 雙臂回轉式 多臂回轉式2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（4）屈伸式 平面屈伸型 空間屈伸型2022-3-1 第二章機器

16、人的機械結構第二章機器人的機械結構四、手腕結構 手腕是連接手臂和手部的結構部件，它的主要作用是確定手部的作業方向。多數將腕部結構的驅動部分安排在小臂上。 要確定手部的作業方向，一般需要三個自由度，這三個回轉方向為： (1) 臂轉：繞小臂軸線方向的旋轉。 (2)手轉：使手部繞自身的軸線方向旋轉。 (3)腕擺：使手部相對于臂進行擺動。 手腕結構多為上述三個回轉方式的組合，組合的方式可以有多種形式，2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構常用的手腕組合的方式臂轉、腕擺、手轉結構 臂轉、雙腕擺、手轉結構2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構五、手部機構 機

17、器人的手部是最重要的執行機構，從功能和形態上看，它可分為工業機器人的手部和仿人機器人的手部。 工業機器人常用的手部按其握持原理可以分為:(1)夾持類(2)吸附類2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 1.夾持類 夾鉗式 手指1 傳動機構2 驅動裝置3 支架42022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構1）手指 指端的形狀 V型指 平面指 尖指 特形指2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 指面型式 根據工件形狀、大小及其被夾持部位材質軟硬、表面性質等的不同，手指的指面有光滑指面、齒型指面和柔性指面三種形式。 對于夾鉗式手部，其手

18、指材料可選用一般碳素鋼和合金結構鋼。為使手指經久耐用，指面可鑲嵌硬質合金；高溫作業的手指，可選用耐熱鋼；在腐蝕性氣體環境下工作的手指，可鍍鉻或進行搪瓷處理，也可選用耐腐蝕的玻璃鋼或聚四氟乙烯。手指的材料 2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2）手部的傳動機構回轉型傳動機構斜楔杠桿式 滑槽式杠桿回轉型 2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 雙支點連桿杠桿式 齒條齒輪杠桿式 回轉型傳動機構2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 平移型傳動機構 四連桿機構平移型手部 直線平移型手部結構2022-3-1 第二章機器人的機械結構

19、第二章機器人的機械結構（2）鉤托式手部 鉤托式手部是不靠夾緊力來夾持工件，而是利用手指對工件鉤、托、捧等動作來托持工件。 無驅動裝置 有驅動裝置2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（3）彈簧式手部 彈簧式手部靠彈簧力的作用將工件夾緊，手部不需要專用的驅動裝置，結構簡單，只適于夾持輕小工件。彈簧式手部 2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2.吸附類 吸附式手部靠吸附式取料。根據吸附力的不同有氣吸附和磁吸附二種。吸附式手部適應于大平面、易碎、微小的物體，因此使用面也較大。（1）氣吸式 氣吸式手部是工業機器人常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤

20、架及進排氣系統組成，氣吸式手部是利用吸盤內的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。按形成壓力差的方法，可分為真空氣吸、氣流負壓氣吸、擠壓排氣負壓氣吸三種。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構真空氣吸吸附手部 氣流負壓吸附手部 擠壓排氣式手部氣吸式手部2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 氣吸式手部具有結構簡單、重量輕、使用方便可靠等優點。廣泛用于非金屬材料或不可有剩磁的材料的吸附。 氣吸式手部的另一個特點是對工件表面沒有損傷，且對被吸持工件預定的位置精度要求不高；但要求工件上與吸盤接觸部位光滑平整、清潔，被吸工件材質致密，沒有透氣空隙。2022-

21、3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（2）磁吸式 磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產生的磁力來吸附材料工件的，應用較廣。磁吸式手部不會破壞被吸件表面質量。磁吸式手部比氣吸式手部優越的方面是：有較大的單位面積吸力，對工件表面光潔度及通孔、溝槽等無特殊要求。磁吸式手部的不足之處是：被吸工件存在剩磁，吸附頭上常吸附磁性屑（如鐵屑等），影響正常工作。因此對那些不允許有剩磁的零件要禁止使用。對鋼、鐵等材料制品，溫度超過723就會失去磁性，故在高溫下無法使用磁吸式手部。磁吸式手部按磁力來源可分為永久磁鐵手部和電磁鐵手部。電磁鐵手部由于供電不同又可分為交流電磁鐵和直流電磁鐵手部。202

22、2-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構3.仿人機器人的手部 目前，大部分工業機器人的手部只有2個手指，而且手指上一般沒有關節。因此取料不能適應物體外形的變化，不能使物體表面承受比較均勻的夾持力，因此無法滿足對復雜形狀、不同材質的物體實施夾持和操作。 為了提高機器人手部和手腕的操作能力、靈活性和快速反應能力，使機器人能像人手一樣進行各種復雜的作業，如裝配作業、維修作業設備操作等，就必須有一個運動靈活、動作多樣的靈巧手，即仿人手。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 仿人手 多關節柔性手 三指靈巧手 四指靈巧手2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二

23、章機器人的機械結構六、行走機構 行走機構是由驅動裝置、傳動機構、位置檢測元件、傳感器、電纜及管路等組成。它一方面支承機器人的機身、臂部和手部，另一方面還根據工作任務的要求，帶動機器人實現在更廣闊的空間內運動。 一般而言,行走機器人的行走機構主要有: (1)車輪式行走機構 (2)履帶式行走機構 (3)和足式行走機構 此外，還有步進式行走機構、蠕動式行走機構、混合式行走機構和蛇行式行走機構等，以適合于各種特別的場合。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構1.車輪式行走機構 輪式行走機器人是機器人中應用最多的一種機器人,在相對平坦的地面上，用車輪移動方式行走是相當優越的。（1

24、）車輪的形式車輪的形狀或結構形式取決于地面的性質和車輛的承載能力。充氣球輪 半球形輪 傳統車輪 無緣輪( 用于沙丘地形) （用于火星表面移動） （用于平坦的堅硬路面） (用來爬越階梯及水田中)2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（2）車輪的配置和轉向機構兩后輪獨立驅動 前輪驅動和轉向 后輪差動前輪轉向 后輪分散驅動 四輪同步轉向機構3輪車輪的配置4輪車輪的配置2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（3）越障輪式機構 普通車輪行走機構對崎嶇不平地面適應性很差，為了提高輪式車輛的地面適應能力，研究了越障輪式機構。三小輪式上下臺階的車輪機構多節車輪式

25、結構2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2.履帶式行走機構 履帶式行走機構適合于未加工的天然路面行走，它是輪式行走機構的拓展，履帶本身起著給車輪連續鋪路的作用。履帶機構與輪式機構相比，有如下特點： （1）支承面積大，接地比壓小。適合于松軟或泥濘場地進行作業，下陷度小，滾動阻力小。 （2）越野機動性好，爬坡、越溝等性能均優于輪式行走機構 （3）履帶支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好，有利于發揮較大的牽引力； （4）結構復雜，重量大，運動慣性大，減振功能差，零件易損壞。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（1）履帶行走機構的組成n履帶、n驅

26、動鏈輪n支重輪n托帶輪n張緊輪2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構形狀一：驅動輪及導向輪兼作支承輪，增大支承地面面積，改善了穩定性，此時驅動輪和導向輪只微量高于地面。形狀二：不作支承輪的驅動輪與導向輪裝得高于地面，鏈條引入引出時角度達50度，其好處是適合于穿越障礙，另外因為減少了泥土夾入引起的磨損和失效，可以提高驅動輪和導向輪的壽命。形狀一 形狀二（2）履帶行走機構的形狀2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（3）獨特的履帶行走機構1）形狀可變履帶行走機構 形狀可變履帶行走機構2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2）位

27、置可變履帶行走機構 變位履帶移動機構2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 3.足式行走機構 足式行走對崎嶇路面具有很好的適應能力，足式運動方式的立足點是離散的點，可以在可能到達的地面上選擇最優的支撐點，而輪式和履帶行走工具必須面臨最壞的地形上的幾乎所有點；足式運動方式還具有主動隔振能力，盡管地面高低不平,機身的運動仍然可以相當平穩；足式行走在不平地面和松軟地面上的運動速度較高，能耗較少。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（1）足的數目 單足跳躍機器人 雙足機器人 三足機器人 四足機器人 六足機器人 2022-3-1 第二章機器人的機械結構第

28、二章機器人的機械結構不同足數對行走能力的評價 足數 評價指標 12345678保持穩定姿態的能力無 無 好最好最好最好最好最好靜態穩定行走的能力無 無 無 好最好最好最好最好高速靜穩定行走能力無 無 無 有 好最好最好最好動態穩定行走的能力有 有最好最好最好好好好用自由度數衡量的機械結構之簡單性最好最好好 好 好有有有2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構（2）足的配置正向對稱分布 前后向對稱分布 足的主平面的安排2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構哺乳動物形 爬行動物 昆蟲形足的幾何構型2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機

29、械結構內側相對彎曲 外側相對彎曲 同側彎曲 足的相對方位2022-3-1機器人技術及其應用機器人技術及其應用第四節 機器人的驅動機構 一、驅動方式 機器人關節的驅動方式有： （1）液壓式 （2）氣動式 （3）電動式。 2022-3-1機器人技術及其應用機器人技術及其應用 1.液壓驅動 機器人的驅動系統采用液壓驅動，有以下幾個優點： 1）液壓容易達到較高的單位面積壓力（常用油壓為2563kg/cm2),體積較小，可以獲得較大的推力或轉矩； 2）液壓系統介質的可壓縮性小，工作平穩可靠，并可得到較高的位置精度； 3）液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現自動控制； 4）液壓系統采用油液作介質，具有防

30、銹性和自潤滑性能，可以提高機械效率，使用壽命長。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 液壓傳動系統的不足之處是： 1）油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險； 2）液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質量，故造價較高； 3）需要相應的供油系統，尤其是電液伺服系統要求嚴格的濾油裝置，否則會引起故障。 液壓驅動方式的輸出力和功率更大，能構成伺服機構，常用于大型機器人關節的驅動。 2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構2.氣壓驅動 與液壓驅動相比，氣壓驅動的特點是： 1）壓縮空氣粘度小，容易達到高速（1m/s）

31、； 2）利用工廠集中的空氣壓縮機站供氣，不必添加動力設備； 3）空氣介質對環境無污染，使用安全，可直接應用于高溫作業； 4）氣動元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構 它的不足之處是： 1）壓縮空氣常用壓力為46kg/cm2，若要獲得較大的出力，其結構就要相對增大； 2）空氣壓縮性大，工作平穩性差，速度控制困難，要達到準確的位置控制很困難； 3）壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題，處理不當會使鋼類零件生繡，導致機器人失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染。 氣動式驅動多用于開關控制和順序控制的機器人中。 2022-3-1 第二章機器

32、人的機械結構第二章機器人的機械結構3.電機驅動 電機驅動可分為普通交流電動機驅動，交、直流伺服電動機驅動和步進電動機驅動。 普通交、直流電動機驅動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人。伺服電動機和步進電動機輸出力矩相對小，控制性能好，可實現速度和位置的精確控制，適用于中小型機器人。 交、直流伺服電動機一般用于閉環控制系統，而步進電動機則主要用于開環控制系統，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。功率在1KW以下的機器人多采用電機驅動。 電動機使用簡單，且隨著材料性能的提高，電機性能也逐漸提高。所以總的看來，目前機器人關節驅動逐漸為電動式所代替。2022-3-1

33、 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構驅動方式的特點驅動方式特 點輸出力控制性能維修使用結構體積使用范圍制造成本液壓驅動壓力高，可獲得大的輸出力。油液不可壓縮，壓力、流量均容易控制，可無極調速，反應靈敏，可實現連續軌跡控制維修方便，液體對溫度變化敏感，油液泄漏易著火。在輸出力相同的情況下，體積比氣壓驅動方式小。中、小型及重型機器人。液壓元件成本較高，油路比較復雜。氣壓驅動氣壓壓力低，輸出力較小，如需要輸出力大時，其結構尺寸過大。可高速，沖擊較嚴重，精確定位困難。氣體壓縮性大，阻尼效果差，低速不易控制，不易與CPU連接。維修簡單，能在高溫、粉塵等惡劣環境中使用，泄漏無影響。體積較大中、小

34、型機器人。結構簡單，能源方便，成本低。電機驅動異步電動機直流電動機輸出力較大控制性能較差，慣性大，不易精確定位維修使用方便。需要減速裝置，體積較大。速度低，持重大的機器人。成本低。步進電動機伺服電動機輸出力較小或較大容易與CPU連接，控制性能好，響應快，可精確定位，但控制系統復雜。維修使用較復雜。體積效小程序復雜、運動軌跡要求嚴格的機器人。成本較高。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二章機器人的機械結構二、驅動機構 驅動機構分為旋轉驅動方式和直線驅動方式。 1.直線驅動機構 機器人采用的直線驅動包括直角坐標結構的X、Y、Z向驅動，圓柱坐標結構的徑向驅動和垂直升降驅動，以及球坐標結構的徑向伸縮驅動。直線運動可以直接由氣缸或液壓缸和活塞產生，也可以采用齒輪齒條、絲杠、螺母等傳動方式把旋轉運動轉換成直線運動。2022-3-1 第二章機器人的機械結構第二