機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)練習(xí)題及答案

一、填空題

1.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是向機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)提供動(dòng)力的裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就像人身上的肌

肉，是控制系統(tǒng)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)的中間環(huán)節(jié),驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照控制系統(tǒng)發(fā)出

的指令信號(hào)，借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。

2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是目前使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式,其特點(diǎn)是沒(méi)有漏油

噪聲等環(huán)境污染，效率比較高，但系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，電源取用方便，響

應(yīng)快，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式。

3.液壓驅(qū)動(dòng)可以獲得很大的抓取能力,傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、防

爆性好、動(dòng)作也較靈敏，但對(duì)密封性要求高，不宜在高、低溫現(xiàn)場(chǎng)工作。

4.交流伺服系統(tǒng)主要由伺服控制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、通信接口模

足、反饋檢測(cè)模塊以及配套的電動(dòng)機(jī)組成。

5.電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相較于液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)而言，沒(méi)有漏油、噪聲等

環(huán)境污染。

二、判斷題

1.隨著應(yīng)用材料科學(xué)的發(fā)展，一些新型材料開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)，如

形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)、壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)、人工肌肉及光驅(qū)動(dòng)等。（J）

2.氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速，空氣來(lái)源方便，價(jià)格低，但由

于空氣可壓縮而使工作速度穩(wěn)定性差，抓取力小。（J）

3.為了保持油液的清潔，設(shè)置了過(guò)濾器，將油液中的雜質(zhì)過(guò)濾掉，使系統(tǒng)

能正常工作。（J）

4.液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感，溫度變化時(shí)，液體黏性變化，引起運(yùn)

動(dòng)特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)

境條件下工作。（J）

5.液壓執(zhí)行元件是把液體壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的元件，包

括液壓缸和液壓馬達(dá)。（J）

6.汽缸輸出的力能滿足許多應(yīng)用場(chǎng)合，但其輸出的力較小，輸出力應(yīng)限制

在200?300kN之間。（X）

三、選擇題

1.液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。借助于設(shè)置等過(guò)載保護(hù)裝置，可

使液壓傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。

（A）

A.溢流閥

B.過(guò)濾器

C.離合器

D.油霧器

2.,人們第一次利用汽缸做成氣動(dòng)剎車裝置，將它成功地用到火

車的制動(dòng)上。（A）

A.1880年

B.1885年

C.1888年

D.1889年

3.在1776年JohnWilkinson發(fā)明了能產(chǎn)生大氣壓左右的空氣壓

縮機(jī)。(A)

A.1個(gè)

B.10個(gè)

C.100個(gè)

D.1000個(gè)

4.動(dòng)力元件是將原動(dòng)機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件。液壓傳

動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力元件是液壓泵，它們的作用是向系統(tǒng)提供壓力油。液壓泵的工作

壓力，一般應(yīng)大于執(zhí)行元件的最大工作壓力與油路壓力損失之和。額定壓力比

最大壓力再高o(C)

A.10%~20%

B.25%—40%

C.20%~60%

D.5%~30%

5.縱觀世界氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，氣動(dòng)元件的發(fā)展動(dòng)向可以歸納為：高質(zhì)

量。電磁閥的壽命可達(dá)以上，汽缸的壽命可達(dá)2000?5000km。(D)

A.1000萬(wàn)次

B.2000萬(wàn)次

C.2500萬(wàn)次

D.3000萬(wàn)次

四、簡(jiǎn)答題

1.簡(jiǎn)述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有哪些驅(qū)動(dòng)方式，以及其含義。

答：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式主要有：電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和新型

驅(qū)動(dòng)。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指主要以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)提供機(jī)械動(dòng)力，將

電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，改變動(dòng)力機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)

構(gòu)工作，把動(dòng)力機(jī)輸出的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鳈C(jī)所需的形式，如將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)?/p>

直線運(yùn)動(dòng)，或反之，或者其他特殊作用，如有利于機(jī)器的控制、裝配、安裝、

維護(hù)和安全等。

液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力元件是液壓泵，它們的作用是向系統(tǒng)提供壓力油。液

壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力元件是將原動(dòng)機(jī)所輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的元件。

傳動(dòng)方式為依靠液體的靜壓力傳遞能量。依靠葉輪與液體之間的流體動(dòng)力作用

傳遞能量的稱為液力傳動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)具有推力大、布置方便等優(yōu)點(diǎn)。

氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很相似，所不同的是，動(dòng)力元件為空氣壓縮

機(jī)，利用氣體的壓力傳遞能量，相較于液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，輸出力較小，但是工作

介質(zhì)是壓縮空氣，具有取材方便、用量不受限制、排氣處理簡(jiǎn)單、不污染環(huán)境

等優(yōu)點(diǎn)。

2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各自有哪些特點(diǎn)？

答：(1)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)

液壓驅(qū)動(dòng)可以獲得很大的抓取能力，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，防爆性好，動(dòng)

作也較靈敏，但對(duì)密封性要求高，不宜在高、低溫現(xiàn)場(chǎng)工作。

氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速，空氣來(lái)源方便，價(jià)格低，但由于

空氣可壓縮而使工作速度穩(wěn)定性差，抓取力小。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相較于液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)而言，沒(méi)有漏油、噪聲等環(huán)境污

染，效率比較高，但系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，是目前使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式，電源取

用方便，響應(yīng)快，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方

式。本模塊主要以伺服電機(jī)為例講解電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，基本上伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

可以概括電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

伺服電機(jī)在精度上實(shí)現(xiàn)了位置、速度和力矩的閉環(huán)控制，克服了步進(jìn)電機(jī)

失步的問(wèn)題。高速性能好，抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)

有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用；低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)

不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的“蠕行現(xiàn)象”，適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合，電機(jī)

加減速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)，發(fā)熱和噪音明顯降低。

以交流伺服電機(jī)為例，交流伺服電機(jī)速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)

可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無(wú)振蕩，90配以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確

度位置控制（取決于編碼器精度），額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)可實(shí)現(xiàn)恒力矩、慣量低、低

噪音，無(wú)電刷磨損，免維護(hù)（適用于無(wú)塵、易爆環(huán)境）。

交流伺服電機(jī)的缺點(diǎn)是控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)確

定，而且需要更多的連線來(lái)支持其運(yùn)行工作。

（2）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

①液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

a.推力大，布置方便。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各組成部分是通過(guò)油管連接的，借

助油管的連接可以方便靈活地布置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這是比機(jī)械傳動(dòng)具有明顯優(yōu)勢(shì)的

地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以克服長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)軸效

率低的缺點(diǎn)。由于液壓缸的推力很大，又加之極易布置，在挖掘機(jī)等重型工程

機(jī)械上，已基本取代了老式的機(jī)械傳動(dòng)，且操作方便、外形美觀大方。

b.重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如，相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動(dòng)機(jī)

的12%?13%。

c.可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)

級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1：2000,并可在液壓裝置運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。

d.傳遞運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)，工作時(shí)速度在負(fù)載變化下較穩(wěn)定。正因?yàn)榇颂攸c(diǎn)，

在金屬切削機(jī)床中，磨床工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動(dòng)。

e.液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。借助于設(shè)置溢流閥等過(guò)載保護(hù)裝置，可使

液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。同時(shí)液壓件能自行潤(rùn)滑，因此使用壽命長(zhǎng)。

f.容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。液壓傳動(dòng)借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和

電氣控制結(jié)合使用時(shí)，能很容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)工作循環(huán)，而且可以實(shí)現(xiàn)遙

控。

g.便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用

化，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣使用。

②液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)

a.密封要求高。因液壓系統(tǒng)中的漏油等因素，會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和正確

性，故使得液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。

b.液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感。溫度變化時(shí)，液體黏性變化，引起運(yùn)

動(dòng)特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)

境條件下工作。

C.制造精度要求較高。為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，

液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復(fù)雜。

d.要求有單獨(dú)的能源。液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源，不像電源那樣使用方

便。

e.液壓系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)檢查和排除較為困難。

總的來(lái)說(shuō)，相比于缺點(diǎn)液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)更為突出，隨著設(shè)計(jì)、制造和使用

水平的不斷提高，有些缺點(diǎn)正在逐步加以克服，液壓傳動(dòng)有著廣泛的發(fā)展前

景。

(3)氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

①氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

a.工作介質(zhì)是壓縮空氣，取材方便，用量不受限制，排氣處理簡(jiǎn)單，不污

染環(huán)境。

b.壓縮空氣為快速流動(dòng)的工作介質(zhì)，故可獲得較高的工作速度。

c.純氣動(dòng)控制，具有防火、防爆、耐潮的能力。

d.氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)容易。

e.輸出力及工作速度調(diào)節(jié)方便，大小可無(wú)限變化。

②氣壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)

a.空氣具有可壓縮性，不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和速度控制。

b.汽缸輸出的力能滿足許多應(yīng)用場(chǎng)合，但其輸出的力較小，輸出力應(yīng)限制

在20?30kN之間。

c.排氣噪聲較大，現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題已因吸聲材料和消聲器的發(fā)展基本得到了

解決。

③氣動(dòng)元件發(fā)展動(dòng)向

縱觀世界氣動(dòng)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，氣動(dòng)元件的發(fā)展動(dòng)向可以歸納為以下幾

八占'、.?

a.高質(zhì)量。電磁閥的壽命可達(dá)3000萬(wàn)次以上，汽缸的壽命可達(dá)2000?

5000km。

b.高精度。定位精度達(dá)05~01mm,過(guò)濾精度可達(dá)001Pm,除油率

可達(dá)lm3標(biāo)準(zhǔn)大氣中的油霧在0Img以下。

c.高速度。小型電磁閥的換向頻率可達(dá)數(shù)十赫茲，汽缸最大速度可達(dá)

3m/so

d.低功耗。電磁閥的功耗可降至01W。

e.小型化。元件制