机器人关节驱动机构

1.驱动电机

电机是机器人驱动系统中的执行器。机器人常用的电机有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机。

(1)步进电机 常用于开环控制系统，其特点是低速扭矩大，不配减速器，直接驱动。主要分为三类：

1)永磁步进电机:转子由磁性材料制成，具有扭矩低、速度低、成本低的特点计算机外围设备(打印机、光驱等。

2)变磁阻式步进电机:无磁性材料，不通电时无力矩，又称感应式步进电机。

3)混合步进电机:以上两种步进电机的组合。它是一种应用越来越广泛的电机。

步进电机驱动多为开环控制，控制简单，但功率小，制动效果好。然而，当速度很低或负载很大时，可能会失去步行，主要用于低精度和低功率机器人系统。

(2)直流伺服电机 这种电机广泛应用于20世纪80年代中期，其优点是易于控制，缺点是需要定期维护，速度不能太高，功率不能太大。

(3)伺服电机交流 转子是永磁性的，线圈绕在定子上，没有刷子。线圈中的交变电流。转子配备了码盘传感器。根据转子的位置检测转子的位置，控制通电方向。

由于线圈绕在定子上，可以通过外壳散热，可做成大功率电动机。由于没有电刷，可以免维护。目前，该类电动机是机器人上应用较多的电动机。交流伺服电动机结构有以下几点优势：

1)实现了位置、速度和扭矩的闭环控制，客户服务了步进电机的故障。

2)高速性能好，一般额定转速可达2000~3000r/min。

3）抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用。

4)低速运行平稳，不会产生类似步进电机的步进运行。

5)电机加减速动态相应时间短，一般在几十毫秒内。

6)发热和噪声明显降低。

2. 关节减速机构

减速器一般需要配置，以提高机器人的控制精度和驱动力矩。

(1)谐波减速器 它具有传动比大、传动稳定、齿面磨损小、均匀、传动效率高、精度高、回差小等优点，常用作机器人手腕关节的减速传动装置。

（2）RV摆线针轮减速器 它具有传动速度比大、同轴传动、结构紧凑、效率高、刚度好、旋转惯性小等优点，但质量大，适用于机器人第一旋转关节（腰关节）。

机器人由多轴（关节）组成，每个轴的运动都会影响机器人末端的位置和姿势。如何协调每个轴的运动，使机器人末端完成所需的轨迹是一个需要解决的问题。

(3)滚动略旋传动(滚珠丝杠)滚动螺旋传动可实现旋转运动与直线运动的相互转换。螺旋传动应用于一些机器人的直线传动。

3. 关节传动机构

大多数机器人的关节是间接驱动的，通常有两种形式：

(1)链条、钢带 链条和钢带刚度好，是远程驱动的手段之一，能传递较大的扭矩。

(2)平行四边形连杆 这种方法的特点是可以在手臂根部安装驱动器，结构可以使坐标转换操作非常简单。