一、工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
    工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分為直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。下面簡(jiǎn)單介紹一下這兩種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
1.直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
1. 1齒輪齒條裝置 
通常,齒條是固定不動(dòng)的，當(dāng)齒輪傳動(dòng)時(shí), 齒輪軸連同拖板沿齒條方向做直線運(yùn)動(dòng), 這樣, 齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就轉(zhuǎn)換成為拖板的直線運(yùn)動(dòng), 如圖1.1所示。拖板是由導(dǎo)桿或?qū)к壷С械?。該裝置的回差較大。
 
圖1.1齒輪齒條裝置
1.2普通絲杠　   
普通絲杠驅(qū)動(dòng)是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的精密絲杠驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺母沿絲杠軸向移動(dòng)。由于普通絲杠的摩擦力較大, 效率低, 慣性大, 在低速時(shí)容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象, 而且精度低, 回差大, 因此在機(jī)器人上很少采用。
   
1.3滾珠絲杠
　　在機(jī)器人上經(jīng)常采用滾珠絲杠, 這是因?yàn)闈L珠絲杠的摩擦力很小且運(yùn)動(dòng)響應(yīng)速度快。由于滾珠絲杠在絲杠螺母的螺旋槽里放置了許多滾珠,傳動(dòng)過(guò)程中所受的摩擦力是滾動(dòng)摩擦, 可極大地減小摩擦力,因此傳動(dòng)效率高,消除了低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的爬行現(xiàn)象。在裝配時(shí)施加一定的預(yù)緊力,可消除回差。
　　如圖1.2所示, 滾珠絲杠里的滾珠從鋼套管中出來(lái), 進(jìn)入經(jīng)過(guò)研磨的導(dǎo)槽, 轉(zhuǎn)動(dòng)2～3圈以后, 返回鋼套管。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率可以達(dá)到90%, 所以只需要使用極小的驅(qū)動(dòng)力, 并采用較小的驅(qū)動(dòng)連接件就能夠傳遞運(yùn)動(dòng)。
 
圖1.2滾球絲杠副
2.旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)   
2.1齒輪鏈
　　 齒輪鏈?zhǔn)怯蓛蓚€(gè)或兩個(gè)以上的齒輪組成的區(qū)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它不但可以傳遞運(yùn)動(dòng)角位移和角速度, 而且可以傳遞力和力矩。
使用齒輪鏈機(jī)構(gòu)應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題。一是齒輪鏈的引入會(huì)改變系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, 從而使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間減小, 這樣伺服系統(tǒng)就更加容易控制。輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換到驅(qū)動(dòng)電機(jī)上, 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的下降與輸入輸出齒輪齒數(shù)的平方成正比。二是在引入齒輪鏈的同時(shí), 由于齒輪間隙誤差, 將會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人手臂的定位誤差增加; 而且, 假如不采取一些補(bǔ)救措施, 齒隙誤差還會(huì)引起伺服系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。
通常， 齒輪鏈轉(zhuǎn)動(dòng)有以下幾種類(lèi)型， 如圖2.1所示。其中圓柱齒輪的傳動(dòng)效率約為90%，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，圓柱齒輪在機(jī)器人設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)；斜齒輪傳動(dòng)效率約為80%，斜齒輪可以改變輸出軸方向；錐齒輪傳動(dòng)效率約為70%，錐齒輪可以使輸入軸與輸出軸不在同一個(gè)平面，傳動(dòng)效率低；蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率約為70%，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)自鎖，但傳動(dòng)效率低，制造成本高，需要潤(rùn)滑；行星輪系傳動(dòng)效率約為80%，傳動(dòng)比大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
 
圖2.1齒輪鏈機(jī)構(gòu)
2.2同步皮帶    　
同步皮帶類(lèi)似于工廠的風(fēng)扇皮帶和其他傳動(dòng)皮帶, 所不同的是這種皮帶上具有許多型齒, 它們和同樣具有型齒的同步皮帶輪齒相嚙合。工作時(shí), 它們相當(dāng)于柔軟的齒輪, 具有柔性好, 價(jià)格便宜兩大優(yōu)點(diǎn)。另外, 同步皮帶還被用于輸入軸和輸出軸方向不一致的情況。這時(shí), 只要同步皮帶足夠長(zhǎng),使皮帶的扭角誤差不太大, 則同步皮帶仍能夠正常工作。在伺服系統(tǒng)中, 如果輸出軸的位置采用碼盤(pán)測(cè)量, 則輸入傳動(dòng)的同步皮帶可以放在伺服環(huán)外面, 這對(duì)系統(tǒng)的定位精度和重復(fù)性不會(huì)有影響, 重復(fù)精度可以達(dá)到1 mm以內(nèi)。此外, 同步皮帶比齒輪鏈價(jià)格低得多, 加工也容易得多。 有時(shí), 齒輪鏈和同步皮帶結(jié)合起來(lái)使用更為方便。
2.3諧波齒輪
　　 雖然諧波齒輪已問(wèn)世多年, 但直到最近人們才開(kāi)始廣泛地使用它。目前, 機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)有60％～70％都使用諧波齒輪。諧波齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由剛性齒輪、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個(gè)主要零件組成, 如圖2.2所示。工作時(shí), 剛性齒輪固定安裝, 各齒均布于圓周, 具有外齒形的柔性齒輪沿剛性齒輪的內(nèi)齒轉(zhuǎn)動(dòng)。柔性齒輪比剛性齒輪少兩個(gè)齒, 所以柔性齒輪沿剛性齒輪每轉(zhuǎn)一圈就反方向轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)齒的相應(yīng)轉(zhuǎn)角。 諧波發(fā)生器具有橢圓形輪廓, 裝在諧波發(fā)生器上的滾珠用于支承柔性齒輪, 諧波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)柔性齒輪旋轉(zhuǎn)并使之發(fā)生塑性形。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 柔性齒輪的橢圓形端部只有少數(shù)齒與剛性齒輪嚙合, 只有這樣, 柔性齒輪才能相對(duì)于剛性齒輪自由地轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。
      假設(shè)剛性齒輪有100個(gè)齒, 柔性齒輪比它少2個(gè)齒, 則當(dāng)諧波發(fā)生器轉(zhuǎn)50圈時(shí), 柔性齒輪轉(zhuǎn)1圈, 這樣只占用很小的空間就可得到1∶50的減速比。 由于同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多, 因此諧波發(fā)生器的力矩傳遞能力很強(qiáng)。在3個(gè)零件中, 盡管任何2個(gè)都可以選為輸入元件和輸出元件, 但通常總是把諧波發(fā)生器裝在輸入軸上, 把柔性齒輪裝在輸出軸上, 以獲得較大的齒輪減速比。
 
圖2.2諧波齒輪驅(qū)動(dòng)
二、工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)