关于机器人驱动器的调研报告

关于机器人驱动器的调研报告摘要：在现代发展中，机器人的重要性不断体现，在各个领域内都有着机器人的身影。而机器人驱动器是维持机器人运动并实现各种运动必不可少的部分。本文主要介绍各种机器人驱动器的原理、特点以及应用，为机器人驱动研究提供参考。关键词：机器人 驱动器 原理特点应用ResearchReportonRobotDriverAbstract：Inmoderndevelopment,theimportanceoftherobotcontinuestoreflect,presentingtherobotfigureinallareas.Therobotdriveristheessentialparttomaintainthemovementoftherobotandachieveallkindsofmovements.Thispapermainlyintroducestheprinciple,characteristicsandapplicationofvariousrobotdrivers,andprovidesreferenceforrobotdrivingresearch.Keywords：robot，robotdriver，principle，characteristic，application目录TOC\o"1-3"\h\u41221前言 2209092电机驱动 2317612.1普通电机驱动 2147812.2步进电机驱动 2275502.3直线电机驱动 3289283液压驱动 3155444气压驱动 4325535磁致伸缩驱动 4234166压电驱动 5241537静电驱动 5179828形状记忆合金驱动器 5217989光驱动器 619481参考文献 7大元件和执行元件组成直接控制负载的液压拖动系统，并采用阀控液压缸系统驱动。机器人再辅以位置控制和速度控制，可以有效弥补阀控液压缸系统非线性、不确定性的特点。4气压驱动a）原理：以压缩机为动力源，压缩空气为工作介质，来进行能量传递和控制的驱动方式。b）特点：由于压缩空气的粘性小，流速大，所以快速性好；气源方便，一般工厂都有空气压缩站提供；废气直接排入大气不会造成污染；通过调节气量可实现无级变速；由于空气的可压缩性，气压系统具有很好的缓冲作用；结构简单，刚性好，成本低；基于空气的压缩性，气压驱动很难保证很高的定位精度；向大气排放废气时，会产生噪声；因压缩空气含冷凝水，使得气压系统易锈蚀。c）应用：最常见的有生产线上气动助力机械手；在智能软体机器人领域也有重大应用，如“小章鱼”机器人是世界上第一个完全软体的且自我驱动的机器，3D打印软体四足机器人等，作为气动业全球领先厂商的德国Festo会选推出类似各类昆虫机器人。图3-1自驱动软体“小章鱼”原理：世界上第一个完全软体自驱动机器人，用“气动”代替“电动”。“小章鱼”依靠体内的化学反应供能，在这个化学反应里，少量的过氧化氢转变成大量气体，这些气体流入“小章鱼”的手臂，给手臂充气而引发运动。图3-2“小章鱼”电子振荡器模拟电路上图模拟了简单的电子振荡器，以控制过氧化氢反应的时机，实现自我驱动。5磁致伸缩驱动a）原理：磁性体的外部一旦加上磁场，则磁性体的外形尺寸发生变化（焦耳效应），这种现象称为磁致伸缩现象。此时，如果磁性体在磁化方向上的长度增大，则称为正磁致伸缩；相反，则称为负磁致伸缩。从外部对磁性体施加压力，则磁性体的磁化状态会发生变化（维拉利效应），则称为逆磁致伸缩现象。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>刘慧芳</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>刘慧芳</author></authors><tertiary-authors><author>贾振元,</author><author>王福吉,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>超磁致伸缩材料力传感执行器关键技术研究</title></titles><keywords><keyword>超磁致伸缩材料</keyword><keyword>磁致伸缩正逆耦合效应</keyword><keyword>力传感执行器</keyword><keyword>解祸</keyword></keywords><dates><year>2012</year></dates><publisher>大连理工大学</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"刘慧芳,2012#52"5]b）优点：分辨率高（微米级）、反应速度快（微秒级）、输出力大、产生位移大、体积小、驱动电压低、传动无间隙等；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。缺点：磁滞特性、预压力特性（预压力时会得到更大的磁致伸缩系数，同时系数与场强的非线性更强）、弹性模量非线性（与预压力有关）、温度特性（对伸缩率影响大）、涡流特性（高频时对工作性能影响大）。c）应用：伺服阀、转动式步进马达（扭矩输出12.2N·m，精度高达800微弧度）。超磁致伸缩执行器（较成熟）产生的微位移实现高分辨率的微进给、小尺寸非圆车削、深孔与异形孔加工、机床的振动主动控制等微小驱动场合。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>张承瑞,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>超磁致伸缩致动器驱动系统关键技术研究</title></titles><keywords><keyword>超磁致伸缩致动器</keyword><keyword>非线性动态模型</keyword><keyword>广义预测控制</keyword><keyword>半桥斩波</keyword><keyword>模型降阶</keyword></keywords><dates><year>2013</year></dates><publisher>山东大学</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压电驱动a）原理：含氟聚合物聚偏氟乙烯（PVDF），当受到外界冲击或振动时，压电材料原子层的偶极子的排列顺序被打乱，并试图恢复原有状态，从而产生电子流进而产生电荷；相反，当给压电薄膜接通变化的电压信号，会使的薄膜的上下运动或振动，从而产生动力。b）优点：有更好的柔韧性，压电振子可以在更高频率下运行，更适用于交变载荷，寿命更长。缺点：变形较小（多层，压电堆叠），变形非线性，大变形时受外界影响较大，驱动器用材料及新工艺、大行程高精度（几毫米）、较高电场（大变形）时的非线性、迟滞和蠕变（控制系统优化）。c）应用：水听器（水下传声器，声信号转换为电信号），动态称重，用于管道监测的双压电薄膜驱动微机器人。7静电驱动a）原理：静电驱动是利用静电间的库仑力，通过通入步进电压使得固定与可动部件的电容周期不同，从而产生相对运动的一种驱动方式。静电驱动器利用电荷间的吸力和排斥力互相作用顺序驱动电极而产生平移或旋转的运动。因静电作用属于表面力，它和元件尺寸的二次方成正比，在微小尺寸变化时，能够产生很大的能量。b）特点：静电驱动器具有高灵敏度、高精度、响应速度快、结构设计加工简单等特点，可与控制电路实现单片集成，但驱动范围相对较小，输出驱动力远小于电机。c）应用：静电驱动器是微机电系统(MEMS）中一种重要的驱动装置，大量应用于微泵、微马达、微谐振器、加速度计等微器件中。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>谢蛟</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>谢蛟</author></authors><tertiary-authors><author>谢进,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>谐振式微静电驱动系统的非线性分析与控制</title></titles><keywords><keyword>MEMS</keyword><keyword>微静电驱动结构</keyword><keyword>刚度</keyword><keyword>非线性</keyword><keyword>谐振器</keyword></keywords><dates><year>2014</year></dates><publisher>西南交通大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[\o"谢蛟,2014#50"7]8形状记忆合金驱动器a)原理:形状记忆效应是指发生马氏体相变的合金形变后，又回复到形变前固有形状的现象。形状记忆合金驱动器利用高温和低温相互转变过程中产生的变形或者回复力达到驱动的目的。目前常用的形状记忆合金驱动器有温控和磁控两种。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>邓荆江</author></authors></contributors><auth-address>长江大学机械工程学院;江汉石油管理局技术监督处;</auth-address><titles><title>形状记忆合金驱动器的研究现状及展望</title><secondary-title>机械研究与应用</secondary-title></titles><periodical><full-title>机械研究与应用</full-title></periodical><pages>187-190</pages><number>06</number><keywords><keyword>智能材料</keyword><keyword>形状记忆合金</keyword><keyword>驱动器</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)特点：与磁致伸缩驱动器和压电驱动器相比，形状记忆何家劲驱动器具有较大的驱动行程，较高的工作和断裂能力。温控形状记忆合金驱动器具有非常高的能量密度，但响应频率低。相反，磁控形状记忆合金驱动器的能量密度是磁致伸缩驱动器和压电驱动器的几倍到几十倍，但仍有较大的响应频率。具体参数如下表。材料温控形状记忆合金驱动器磁控形状记忆合金驱动器磁致伸缩驱动器压电驱动器最大形变（%）860.20.2最大频率(Hz)5100005000050000能量密度(kJm3)300090272工作应力(N/mm2)150/5050断裂应力(N/mm2)900/700600总而言之，形状记忆合金驱动器具有驱动迅速、驱动力大、高阻尼、抗疲劳效应、抗腐蚀能力、结构简单、不噪音、驱动电压低等特点。但温控驱动器响应频率较低，磁控驱动器具有磁致非线性问题。c）应用：压电驱动器因压电效应的双向性，因而兼有传感和执行双重功能，用途广泛。可用于机器人等的定位装置、紧固件等的连接装置、流体阀门、振动装置等等。9光驱动器a）原理：光驱动根据驱动的介质不同分固体光驱动和流体光驱动。固体光驱动主要是应用光致形变材料在光照下的形变来输出驱动力；而流体光驱动则是在光照条件下构造不对称的梯度场，从而形成微流驱动马达。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>蔡跃鹏</author></authors></contributors><auth-address>华南理工大学材料科学与工程学院;华南师范大学化学与环境学院;</auth-address><titles><title>光驱动微纳马达的运动机理及其性能</title><secondary-title>科学通报</secondary-title></titles><periodical><full-title>科学通报</full-title></periodical><pages>152-167</pages><number>Z1</number><keywords><keyword>光驱动</keyword><keyword>光响应</keyword><keyword>微纳马达</keyword><keyword>纳米技术</keyword><keyword>能量转换</keyword></keywords><dates><year>2017</year></dates><isbn>0023-074X</isbn><call-num>11-1784/N</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki<