電機驅動(dòng)是利用電動(dòng)機產(chǎn)生的力或力矩,直接或經(jīng)過(guò)減速機構驅動(dòng)工業(yè)機械手,以獲得所需的位置、速度、加速度。電機驅動(dòng)是技術(shù)較為成熟、應用廣泛的一種驅動(dòng)方式,為大多
數靈巧手所采用。
電機驅動(dòng)的靈巧手的驅動(dòng)形式可以分為旋轉型驅動(dòng)和直線(xiàn)型驅動(dòng)。
采用旋轉型驅動(dòng)的靈巧手以 Stanford/JPL 手為代表,其驅動(dòng)系統由直流電機和齒輪
減速機構組成,因而體積較大,驅動(dòng)系統只能放在手掌部位,通過(guò)腱進(jìn)行手指關(guān)節的
遠距離驅動(dòng)。
近年來(lái),微型驅動(dòng)器和減速器的發(fā)展為手指驅動(dòng)系統的微型化和集成化創(chuàng )造了條件。
例如,德國的 DLR 靈巧手采用直線(xiàn)型驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)關(guān)節,其直線(xiàn)驅動(dòng)器將旋轉電機、
旋轉直線(xiàn)轉換結構和減速機都集成在靈巧手內部。該靈巧手采用了模塊化的設計思想,
由四根完全相同的手指組成,每根手指有 4 個(gè)關(guān)節,3 個(gè)自由度,末端的 2 個(gè)關(guān)節仿
照人手設計成 1:1 的耦合運動(dòng)。
混合置式靈巧手將一部分驅動(dòng)器放在手臂,既保證了驅動(dòng)力,也降低了靈巧手本體的體積, 使得靈巧手更加擬人化
驅動(dòng)器內置式靈巧手各關(guān)節具有較好的剛性,更利于傳感器的直接測量,且模塊化設計利于更換維護;整手尺寸較大,關(guān)節靈活度下降
靈巧手的外觀(guān)設計更加擬人化,手指本體更加纖細;可以采用更大的驅動(dòng)電機,從而增大手指的輸出力;驅動(dòng)器與手本體之間距離遠增加了控制器設計的難度
第一階段是從 20 世紀 70 年代—20 世紀 90 年代,典型代表是日本的 Okada、美國的 Stanford/JPL 和 Utah/MIT;第二階段是從 20 世紀 90 年代到 2010 年
靈巧手是機器人操作和動(dòng)作執行的末端工具,滿(mǎn)足兩個(gè)條件:指關(guān)節運動(dòng)時(shí)能使物體產(chǎn)生任意運動(dòng),指關(guān)節固定時(shí)能完全限制物體的運動(dòng),定義靈巧手是指數≥3,自由度≥9 的末端執行器
特斯拉公布了 6 種規格的執行器,旋轉執行器采用諧波減速器+電機的方案,線(xiàn)性執行器采用絲杠+電機的方案,對于手掌關(guān)節,其采用了空心杯電機+蝸輪蝸桿的結構
人形機器人有更強的柔性化水平,更好的環(huán)境感知能力和判斷能力,首要需要解決的問(wèn)題是如何實(shí)現像人一樣去運動(dòng),能夠兼顧可靠性
28個(gè)執行器分別為肩關(guān)節(單側三自由度旋轉關(guān)節)6個(gè),肘關(guān)節(單側直線(xiàn)關(guān)節)2個(gè),腕部關(guān)節(單側2個(gè)直線(xiàn)+1個(gè)旋轉)6個(gè),腰部(二自由度旋轉關(guān)節)2個(gè)
無(wú)框力矩電機沒(méi)有外殼,可以提供更大的設備空 間,中間是中空形式的,便于走線(xiàn);在設計中,可以使整個(gè)機器體積更小,因此可以提供更大的功率密度比
型伺服驅動(dòng)器有三種類(lèi)型,分別為常規伺服驅動(dòng)器,SEA 伺服驅動(dòng)器,本體伺服驅動(dòng)器;主要由力矩電機,諧波減速器,電機編碼器,輸出編碼器,驅動(dòng)板,制動(dòng)器組成
控制系統根據指令及傳感信息,向驅動(dòng)系統發(fā)出指令,控制其完成規定的運動(dòng),控制系統主要由控制器(硬件)和控制算法(軟件)組成
電機驅動(dòng)控制手段先進(jìn),速度反饋容易,絕大部分機器人使用電機驅動(dòng);液壓驅動(dòng)體積小重量輕,是機器人Atlas使用的驅動(dòng)方案;氣動(dòng)驅動(dòng)安全性高,應用于仿生機器人等