機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器調(diào)研報(bào)告

機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器調(diào)研報(bào)告關(guān)于機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的調(diào)研報(bào)告摘要：在現(xiàn)代發(fā)展中，機(jī)器人的重要性不斷體現(xiàn)，在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都有著機(jī)器人的身影。而機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器是維持機(jī)器人運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)必不可少的部分。本文主要介紹各種機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用，為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)研究提供參考。關(guān)鍵詞：機(jī)器人 驅(qū)動(dòng)器 原理特點(diǎn)應(yīng)用ResearchReportonRobotDriverAbstract：Inmoderndevelopment,theimportanceoftherobotcontinuestoreflect,presentingtherobotfigureinallareas.Therobotdriveristheessentialparttomaintainthemovementoftherobotandachieveallkindsofmovements.Thispapermainlyintroducestheprinciple,characteristicsandapplicationofvariousrobotdrivers,andprovidesreferenceforrobotdrivingresearch.Keywords：robot，robotdriver，principle，characteristic，application目錄TOC\o"1-3"\h\u41221前言 2209092電機(jī)驅(qū)動(dòng) 2317612.1普通電機(jī)驅(qū)動(dòng) 2147812.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 3275502.3直線電機(jī)驅(qū)動(dòng) 5289283液壓驅(qū)動(dòng) 6155444氣壓驅(qū)動(dòng) 7325535磁致伸縮驅(qū)動(dòng) 8234166壓電驅(qū)動(dòng) 10241537靜電驅(qū)動(dòng) 11179828形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器 11217989光驅(qū)動(dòng)器 1319481參考文獻(xiàn) 14外圍設(shè)備中,同時(shí)也在軍用儀器和醫(yī)療設(shè)備得到廣泛應(yīng)用.此外也用于一些特殊用途的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>魯有宏</Author><Year>1987</Year><RecNum>48</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>48</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">48</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>魯有宏</author></authors></contributors><auth-address>華東工學(xué)院</auth-address><titles><title>步進(jìn)電機(jī)電子驅(qū)動(dòng)器及其在機(jī)器人中的運(yùn)用</title><secondary-title>電氣傳動(dòng)</secondary-title></titles><periodical><full-title>電氣傳動(dòng)</full-title></periodical><pages>46-51+63</pages><number>01</number><keywords><keyword>機(jī)器人</keyword><keyword>步進(jìn)電機(jī)</keyword><keyword>電子驅(qū)動(dòng)器</keyword></keywords><dates><year>1987</year></dates><isbn>1001-2095</isbn><call-num>12-1067/TP</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"魯有宏,1987#48"4]如意大利的SUPERSIGMA機(jī)器人，波蘭華沙航空工程和運(yùn)用機(jī)械技術(shù)大學(xué)研究機(jī)構(gòu)研究制造的機(jī)器人等。2.3直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)a）原理：在直線電機(jī)中通入三相電流后，會(huì)在氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)，如果不考慮端部效應(yīng)，磁場(chǎng)在直線方向呈正弦分布，只是這個(gè)磁場(chǎng)是平移而不是旋轉(zhuǎn)的，因此稱為行波磁場(chǎng)。行波磁場(chǎng)與磁極相互作用便產(chǎn)生電磁推力，驅(qū)動(dòng)動(dòng)子沿定子作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。b)特點(diǎn)：由于系統(tǒng)中取消了一些時(shí)間響應(yīng)常數(shù)大的機(jī)械傳動(dòng)件，所以系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)敏捷；通過直線位置檢測(cè)反饋控制，大大提高定位精度；由于“直接驅(qū)動(dòng)”，避免了運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象，提高了傳動(dòng)剛度；能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速，高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停；行程長(zhǎng)度不受限制，運(yùn)動(dòng)安靜，噪聲低，效率高。c)應(yīng)用：最常見的有管道內(nèi)壁清潔機(jī)器人，此外在涉及生產(chǎn)流水線系統(tǒng)高速機(jī)器人，包括單軸機(jī)械手，工作滑臺(tái)等。其中工作滑臺(tái)與直線移動(dòng)的直線電機(jī)相連，并且工作滑臺(tái)連接有四軸機(jī)械手，在流水線生產(chǎn)過程中，直線電機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)移動(dòng)，保證機(jī)械手的范圍與生產(chǎn)線的相對(duì)靜止，實(shí)現(xiàn)一種相對(duì)靜止的工作環(huán)境。3液壓驅(qū)動(dòng)a）原理：由于液壓油液具有不可壓縮性，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓，傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)。b）特點(diǎn)：獲得較大的功率重量比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，剛性好，定位精度高，平穩(wěn)，能有效防止過載現(xiàn)象發(fā)生；油液容易泄露，油液粘度多變，對(duì)環(huán)境溫度要求高，油液中容易混入雜質(zhì)。c）應(yīng)用：適于在承載能力大，慣量大以及在防旱環(huán)境中工作的機(jī)器人中應(yīng)用。山東大學(xué)提出一種液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地形環(huán)境下攜帶大負(fù)載進(jìn)行作業(yè)，具備快速響應(yīng)的能力。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛度好，精度高，響應(yīng)快，易于在大的速度范圍內(nèi)工作，能夠顯著增強(qiáng)機(jī)器人的負(fù)載能力，在獲物載運(yùn)量和快速性方面更具優(yōu)勢(shì)。這種機(jī)器人由液壓放大元件和執(zhí)行元件組成直接控制負(fù)載的液壓拖動(dòng)系統(tǒng)，并采用閥控液壓缸系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。機(jī)器人再輔以位置控制和速度控制，可以有效彌補(bǔ)閥控液壓缸系統(tǒng)非線性、不確定性的特點(diǎn)。4氣壓驅(qū)動(dòng)a）原理：以壓縮機(jī)為動(dòng)力源，壓縮空氣為工作介質(zhì)，來進(jìn)行能量傳遞和控制的驅(qū)動(dòng)方式。b）特點(diǎn)：由于壓縮空氣的粘性小，流速大，所以快速性好；氣源方便，一般工廠都有空氣壓縮站提供；廢氣直接排入大氣不會(huì)造成污染；通過調(diào)節(jié)氣量可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速；由于空氣的可壓縮性，氣壓系統(tǒng)具有很好的緩沖作用；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，成本低；基于空氣的壓縮性，氣壓驅(qū)動(dòng)很難保證很高的定位精度；向大氣排放廢氣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生噪聲；因壓縮空氣含冷凝水，使得氣壓系統(tǒng)易銹蝕。c）應(yīng)用：最常見的有生產(chǎn)線上氣動(dòng)助力機(jī)械手；在智能軟體機(jī)器人領(lǐng)域也有重大應(yīng)用，如“小章魚”機(jī)器人是世界上第一個(gè)完全軟體的且自我驅(qū)動(dòng)的機(jī)器，3D打印軟體四足機(jī)器人等，作為氣動(dòng)業(yè)全球領(lǐng)先廠商的德國(guó)Festo會(huì)選推出類似各類昆蟲機(jī)器人。圖3-1自驅(qū)動(dòng)軟體“小章魚”原理：世界上第一個(gè)完全軟體自驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，用“氣動(dòng)”代替“電動(dòng)”?！靶≌卖~”依靠體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)供能，在這個(gè)化學(xué)反應(yīng)里，少量的過氧化氫轉(zhuǎn)變成大量氣體，這些氣體流入“小章魚”的手臂，給手臂充氣而引發(fā)運(yùn)動(dòng)。圖3-2“小章魚”電子振蕩器模擬電路上圖模擬了簡(jiǎn)單的電子振蕩器，以控制過氧化氫反應(yīng)的時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自我驅(qū)動(dòng)。5磁致伸縮驅(qū)動(dòng)a）原理：磁性體的外部一旦加上磁場(chǎng)，則磁性體的外形尺寸發(fā)生變化（焦耳效應(yīng)），這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象。此時(shí)，如果磁性體在磁化方向上的長(zhǎng)度增大，則稱為正磁致伸縮；相反，則稱為負(fù)磁致伸縮。從外部對(duì)磁性體施加壓力，則磁性體的磁化狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化（維拉利效應(yīng)），則稱為逆磁致伸縮現(xiàn)象。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉慧芳</Author><Year>2012</Year><RecNum>52</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>52</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">52</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>劉慧芳</author></authors><tertiary-authors><author>賈振元,</author><author>王福吉,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>超磁致伸縮材料力傳感執(zhí)行器關(guān)鍵技術(shù)研究</title></titles><keywords><keyword>超磁致伸縮材料</keyword><keyword>磁致伸縮正逆耦合效應(yīng)</keyword><keyword>力傳感執(zhí)行器</keyword><keyword>解禍</keyword></keywords><dates><year>2012</year></dates><publisher>大連理工大學(xué)</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"劉慧芳,2012#52"5]b）優(yōu)點(diǎn)：分辨率高（微米級(jí)）、反應(yīng)速度快（微秒級(jí)）、輸出力大、產(chǎn)生位移大、體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低、傳動(dòng)無間隙等；穩(wěn)定性好，可靠性高，其磁致伸縮性能不隨時(shí)間而變化，無疲勞，無過熱失效問題。缺點(diǎn)：磁滯特性、預(yù)壓力特性（預(yù)壓力時(shí)會(huì)得到更大的磁致伸縮系數(shù)，同時(shí)系數(shù)與場(chǎng)強(qiáng)的非線性更強(qiáng)）、彈性模量非線性（與預(yù)壓力有關(guān)）、溫度特性（對(duì)伸縮率影響大）、渦流特性（高頻時(shí)對(duì)工作性能影響大）。c）應(yīng)用：伺服閥、轉(zhuǎn)動(dòng)式步進(jìn)馬達(dá)（扭矩輸出12.2N·m，精度高達(dá)800微弧度）。超磁致伸縮執(zhí)行器（較成熟）產(chǎn)生的微位移實(shí)現(xiàn)高分辨率的微進(jìn)給、小尺寸非圓車削、深孔與異形孔加工、機(jī)床的振動(dòng)主動(dòng)控制等微小驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李永</Author><Year>2013</Year><RecNum>51</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>51</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">51</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>李永</author></authors><tertiary-authors><author>林明星,</author><author>張承瑞,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>超磁致伸縮致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究</title></titles><keywords><keyword>超磁致伸縮致動(dòng)器</keyword><keyword>非線性動(dòng)態(tài)模型</keyword><keyword>廣義預(yù)測(cè)控制</keyword><keyword>半橋斬波</keyword><keyword>模型降階</keyword></keywords><dates><year>2013</year></dates><publisher>山東大學(xué)</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"李永,2013#51"6]6壓電驅(qū)動(dòng)a）原理：含氟聚合物聚偏氟乙烯（PVDF），當(dāng)受到外界沖擊或振動(dòng)時(shí)，壓電材料原子層的偶極子的排列順序被打亂，并試圖恢復(fù)原有狀態(tài)，從而產(chǎn)生電子流進(jìn)而產(chǎn)生電荷；相反，當(dāng)給壓電薄膜接通變化的電壓信號(hào)，會(huì)使的薄膜的上下運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)，從而產(chǎn)生動(dòng)力。b）優(yōu)點(diǎn)：有更好的柔韌性，壓電振子可以在更高頻率下運(yùn)行，更適用于交變載荷，壽命更長(zhǎng)。缺點(diǎn)：變形較?。ǘ鄬?，壓電堆疊），變形非線性，大變形時(shí)受外界影響較大，驅(qū)動(dòng)器用材料及新工藝、大行程高精度（幾毫米）、較高電場(chǎng)（大變形）時(shí)的非線性、遲滯和蠕變（控制系統(tǒng)優(yōu)化）。c）應(yīng)用：水聽器（水下傳聲器，聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)），動(dòng)態(tài)稱重，用于管道監(jiān)測(cè)的雙壓電薄膜驅(qū)動(dòng)微機(jī)器人。7靜電驅(qū)動(dòng)a）原理：靜電驅(qū)動(dòng)是利用靜電間的庫侖力，通過通入步進(jìn)電壓使得固定與可動(dòng)部件的電容周期不同，從而產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種驅(qū)動(dòng)方式。靜電驅(qū)動(dòng)器利用電荷間的吸力和排斥力互相作用順序驅(qū)動(dòng)電極而產(chǎn)生平移或旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。因靜電作用屬于表面力，它和元件尺寸的二次方成正比，在微小尺寸變化時(shí)，能夠產(chǎn)生很大的能量。b）特點(diǎn)：靜電驅(qū)動(dòng)器具有高靈敏度、高精度、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加工簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可與控制電路實(shí)現(xiàn)單片集成，但驅(qū)動(dòng)范圍相對(duì)較小，輸出驅(qū)動(dòng)力遠(yuǎn)小于電機(jī)。c）應(yīng)用：靜電驅(qū)動(dòng)器是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS）中一種重要的驅(qū)動(dòng)裝置，大量應(yīng)用于微泵、微馬達(dá)、微諧振器、加速度計(jì)等微器件中。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>謝蛟</Author><Year>2014</Year><RecNum>50</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>50</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">50</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>謝蛟</author></authors><tertiary-authors><author>謝進(jìn),</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>諧振式微靜電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的非線性分析與控制</title></titles><keywords><keyword>MEMS</keyword><keyword>微靜電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)</keyword><keyword>剛度</keyword><keyword>非線性</keyword><keyword>諧振器</keyword></keywords><dates><year>2014</year></dates><publisher>西南交通大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"謝蛟,2014#50"7]8形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器a)原理:形狀記憶效應(yīng)是指發(fā)生馬氏體相變的合金形變后，又回復(fù)到形變前固有形狀的現(xiàn)象。形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器利用高溫和低溫相互轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的變形或者回復(fù)力達(dá)到驅(qū)動(dòng)的目的。目前常用的形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器有溫控和磁控兩種。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>徐小兵</Author><Year>2013</Year><RecNum>57</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>57</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">57</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>徐小兵</author><author>鄧荊江</author></authors></contributors><auth-address>長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;江漢石油管理局技術(shù)監(jiān)督處;</auth-address><titles><title>形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的研究現(xiàn)狀及展望</title><secondary-title>機(jī)械研究與應(yīng)用</secondary-title></titles><periodical><full-title>機(jī)械研究與應(yīng)用</full-title></periodical><pages>187-190</pages><number>06</number><keywords><keyword>智能材料</keyword><keyword>形狀記憶合金</keyword><keyword>驅(qū)動(dòng)器</keyword></keywords><dates><year>2013</year></dates><isbn>1007-4414</isbn><call-num>62-1066/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"徐小兵,2013#57"8]b)特點(diǎn)：與磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器和壓電驅(qū)動(dòng)器相比，形狀記憶何家勁驅(qū)動(dòng)器具有較大的驅(qū)動(dòng)行程，較高的工作和斷裂能力。溫控形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器具有非常高的能量密度，但響應(yīng)頻率低。相反，磁控形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的能量密度是磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器和壓電驅(qū)動(dòng)器的幾倍到幾十倍，但仍有較大的響應(yīng)頻率。具體參數(shù)如下表。材料溫控形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器磁控形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器壓電驅(qū)動(dòng)器最大形變（%）860.20.2最大頻率(Hz)5100005000050000能量密度(kJm3)300090272工作應(yīng)力(N/mm2)150/5050斷裂應(yīng)力(N/mm2)900/700600總而言之，形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器具有驅(qū)動(dòng)迅速、驅(qū)動(dòng)力大、高阻尼、抗疲勞效應(yīng)、抗腐蝕能力、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不噪音、驅(qū)動(dòng)電壓低等特點(diǎn)。但溫控驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)頻率較低，磁控驅(qū)動(dòng)器具有磁致非線性問題。c）應(yīng)用：壓電驅(qū)動(dòng)器因壓電效應(yīng)的雙向性，因而兼有傳感和執(zhí)行雙重功能，用途廣泛。可用于機(jī)器人等的定位裝置、緊固件等的連接裝置、流體閥門、振動(dòng)裝置等等。9光驅(qū)動(dòng)器a）原理：光驅(qū)動(dòng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)的介質(zhì)不同分固體光驅(qū)動(dòng)和流體光驅(qū)動(dòng)。固體光驅(qū)動(dòng)主要是應(yīng)用光致形變材料在光照下的形變來輸出驅(qū)動(dòng)力；而流體光驅(qū)動(dòng)則是在光照條件下構(gòu)造不對(duì)稱的梯度場(chǎng)，從而形成微流驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>董任峰</Author><Year>2017</Year><RecNum>62</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>62</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="p5dxrxttwxzeppezfw6vd5xnrere9v9vsrp5">62</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>董任峰</author><author>任碧野</author><author>蔡躍鵬</author></authors></contributors><auth-address>華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院;華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院;</auth-address><titles><title>光驅(qū)動(dòng)微納馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及其性能</title><secondary-title>科學(xué)通報(bào)</secondary-title></titles><periodical><full-title>科學(xué)通報(bào)</full-title></periodical><pages>152-167</pages><number>Z1</number><keywords><keyword>光驅(qū)動(dòng)</keyword><keyword>光響應(yīng)</keyword><keyword>微納馬達(dá)</keyword><keyword>納米技術(shù)