象鼻子（柔软）机器人说明书 - 图文

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摘要

软体（象鼻子）机器人由柔韧性材料制成，可在大范围内任意改变自身形状、尺寸在侦察、探测、救援及医疗等领域都有广阔的应用前景。综述软体机器人结构类型、驱动方式、物理建模技术和加工制造方法等问题。其结构模仿生物的静水骨骼结构和肌肉性静水骨骼结构，采用形状记忆合金、气动、电活性聚合物等物理驱动方式或将化学能转化为机械能的化学驱动方式。软体机器人建模困难，主要采用试验分析或使用超冗余度机器人建模方法近似研究。制造中的问题包括柔性本体制造、柔性致动器制造以及可伸展电路的制造，采用形状沉积、激光压印、智能微结构等新型制造工艺。软体机器人是一种全新的机器人，对它的研究刚刚起步，涉及材料科学、化学、微机电、液压、控制等多学科，从材料、设计、加工、传感到控制、使用均存在着一系列问题需要继续研究。利用六自由度并联机器人中液压缸的伸缩完成向任意曲面的弯曲。

关键词：象鼻子机器人 冗余自由度 形状记忆合金 液压缸

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Abstract

Being made of flexile materials, soft-bodied robots can change their size and shape in large range, and have wide potential applications in detection, exploration, succor and medicine. The researches on configuration, actuator, modeling and manufacturing processes for soft-bodied robots are summarized. Soft-bodied robots have been designed and built based on hydrostat skeletons or muscular hydrostats inspired by biology. The actuators utilized in them include physical actuators, i.e. shape memory alloys, pneumatic actuator, electroactive polymers, as well as chemical actuators which transform chemical energy into mechanical energy. The mechanical models of soft-bodied robots are complicated owing to both material and geometric nonlinearities, so they are mainly described approximately by modeling methods of hyper-redundant robots or experimentation. Processes are divided into three categories: soft robot body fabrication, actuators for soft robots and stretchable electronics. Various new manufacturing processes can be applied to soft-bodied robot fabrication, such as shape deposition manufacturing, laser imaging and smart composite microstructure etc. In conclusion, soft-bodied robots are a type of new robot, and research on it is only on the initial stage, involving multi-disciplines such as material science, chemistry, MEMS, hydraulic, control engineering etc. A whole lot of problems in material, design, manufacture, sensor, control as well as application exist to be further researched.

Keyword: Soft-bodied robots Chembos Shape memory alloy Electroactive polymer hydraulic cylinder

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目录

摘要 ................................................................... - 6 - Abstract ............................................................... - 6 - 1 绪论

1.1本课题的选题背景及意义 ............................................. - 6 - 1.2 象鼻子机器人的机构类型 ............................... 错误！未定义书签。 1.3象鼻子（柔软）机器人协调 ........................................... - 7 - 2 象鼻子机器人总体方案设计

2.1

主体结构分析 ......................................... 错误！未定义书签。

2.1.1 直角坐标式机器人 ................................ 错误！未定义书签。 2.1.2

圆柱坐标式机器人 ................................ 错误！未定义书签。

2.1.3 球面坐标式机器人 ................................ 错误！未定义书签。 2.1.4

关节坐标式机器人 ................................ 错误！未定义书签。

2.1.5冗余坐标式机器人 ................................ 错误！未定义书签。

2.2 2.3

驱动机构设计 ......................................... 错误！未定义书签。 象鼻子机器人的“鼻子” ............................... 错误！未定义书签。 2.4直线驱动机构 ......................................... 错误！未定义书签。 2.4.1齿轮齿条装置 .................................... 错误！未定义书签。 2.4.2普通丝杠和滚珠丝杆 .............................. 错误！未定义书签。 2.4.3液压（气压）缸 .................................. 错误！未定义书签。 3 液压缸的设计

3.1

液压缸的一般问题 ..................................... 错误！未定义书签。

设计原则 ........................................ 错误！未定义书签。

3.1.1

3.1.2设计步骤 ........................................ 错误！未定义书签。

3.2 3.3

液压缸承载力的计算 ................................... 错误！未定义书签。 液压缸运动速度的计算 ................................. 错误！未定义书签。

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3.4

液压缸工作压力和流量的选择 ........................... 错误！未定义书签。

工作压力的选择 .................................. 错误！未定义书签。

3.4.1

3.4.2工作流量的选择 .................................. 错误！未定义书签。 3.5缸筒的设计计算 ....................................... 错误！未定义书签。 3.5.1缸筒的结构 ...................................... 错误！未定义书签。 3.5.2缸筒内径的计算 .................................. 错误！未定义书签。

3.6 活塞杆的设计计算 .................................... 错误！未定义书签。

3.6.1活塞杆的结构尺寸 ................................ 错误！未定义书签。 3.6.2活塞杆卡键连接强度计算 .......................... 错误！未定义书签。

3.6.3

活塞杆的技术要求 ................................ 错误！未定义书签。

3.7活塞杆的设计计算 .................................... 错误！未定义书签。 3.7.1活塞杆的结构 .................................... 错误！未定义书签。

3.7.2Y 3.8

型橡胶密封活塞的结构尺寸 ....................... 错误！未定义书签。

液压缸油口的设计 ..................................... 错误！未定义书签。

液压缸管接头的选择 .............................. 错误！未定义书签。

3.8.1

3.8.2液压缸油口的连接螺纹 ............................ 错误！未定义书签。 3.8.3液压缸油口的位置 ................................ 错误！未定义书签。 4 象鼻子机器人的驱动系统设计

4.1 4.2

控制要求 ............................................. 错误！未定义书签。 基本回路简介 ......................................... 错误！未定义书签。 速度控制回路 .................................... 错误！未定义书签。 4.2.1

4.2.2锁紧回路 ........................................ 错误！未定义书签。 4.2.3象鼻子单节控制 .................................. 错误！未定义书签。 5 PLC控制系统设计

5.1 5.2

液压系统中PLC简介 ................................... 错误！未定义书签。 液压传动系统设计 ..................................... 错误！未定义书签。 5.3PLC控制系统设计 ...................................... 错误！未定义书签。

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—————————————————————————————————————— 5.3.1硬件设计 ........................................ 错误！未定义书签。

5.3.2

程序设计 ........................................ 错误！未定义书签。 致谢 ..................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................. 错误！未定义书签。

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1 绪论

1.1本课题的选题背景及意义

机器人已广泛应用于军事、工业、科学探测等诸多领域。传统机器人一般由刚性模块通过运动副连接构成，每个运动副提供一个(或多个)平动自由度或转动自由度。所有运动副的运动组合形成机器人末端执行器的工作空间，这种机器人具有运动精确的优点，但结构的刚性使其环境适应性较差，在狭窄空间内的运动受到限制，无法通过尺度小于机器人尺度或形状复杂的通道。这些缺点制约了刚性机器人在某些领域的应用，如军事侦查时出于隐蔽性考虑希望侦察机器人能钻过墙缝、门缝等尺寸小，形状复杂的通道；矿难、震灾救援中要求机器人能够深入废墟进行探测；科学探测时经常要求机器人进入开口狭窄的空间等。为提高机器人的柔性，研究者为其增加更多的自由度，形成超冗余度机器人，使其具有一定的连续变形能力，例如蛇形机器人、仿象鼻机械臂等。超冗余度机器人的环境适应能力大幅度提高，但其零部件仍是刚体，不能改变自身尺寸。软体机器人模仿自然界中的软体动物，由可承受大应变的柔软材料制成，具有无限多自由度和连续变形能力，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸。软体机器人具有无限多自由度，所以它具有无限种构型使其末端执行器到达工作空间内的任意一点。由于对压力的低阻抗，软体机器人对环境具有更好的适应性，通过被动变形实现与障碍物的相容；通过主动变形使机器人处于不同的形态并实现运动；主动变形与被动变形相结合，机器人可以挤过比自身常态尺寸小的缝隙，进入传统机器人无法进入的空间。软体机器人可作为新型医疗检测机器人，例如内窥镜，它会随口腔、排泄腔的入口大小来变化，减少侵入性痛苦，而且，若采用能够生物分解的材料，当软体机器人完成任务后可被人体分解吸收。

本课题的研究意义在于通过设计像象鼻子一样能向任意空间弯曲的机器人喷漆装置，提高生产效率，减少工作人员劳动强度。通过设计，提高调研、文献检索及应用的独立工作能力，增强动手能力。

1.2象鼻子机器人的机构类型

象鼻子（软体）机器人的结构形式决定了机器人的可能的形变状态，而变形能力直接影响机器人的灵活性。同时，软体机器人一般采用新型材料，例如硅橡胶，SMA、电活性聚合物(Electroactive polymer, EAP)等，其加工制造工艺受到限制。所以结构设计必须考虑到机器人的变形能力、机动能力以及可制造能力。软体机器人结构大体可分为静水骨骼

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—————————————————————————————————————— 结构、肌肉性静水骨骼结构及其他结构类型。其中静水骨骼结构与肌肉性静水骨骼结构来源于仿生学。对于本机器人限于知识水平的限制，可以选用六自由度并联机器人作为象鼻子机器人的一个关节，通过多个关节的并联以实现规定要求。

1.3象鼻子（柔性）机器人协调

单机器人的操作十分有限, 协调操作可以弥补许多不足。柔性机器人协调操作系统是

一个含柔性机器人内部各杆之间、运动协调约束条件和动力协调约束条件之间、柔性机器人与负载之间, 以及柔性机器人之间高度耦合的复杂系统。

当多个机器人执行同一作业, 它们与被操作物体构成了一个或多个闭环。此时, 系统需要冗余驱动, 导致系统逆动力学问题的解有无穷多个, 只有通过力分配解决这个问题。力分配问题的解不仅间接影响驱动电机的载荷而且影响柔性机器人动力系统下一个时刻的状态。正动力学系统的关节输入驱动力矩和末端输出比率非并置, 由此产生非最小相位特性, 导致柔性机器人的逆动力学不稳定。1 998 年, Sun Q, Sharf I 和NahonM 三人研究了仅考虑连架杆柔性的3R 机器人协调操作系统力分布算法的稳定性。他们认为如果弹性坐标的描述方程在时域内的轨迹稳定, 驱动力矩的逆动力学解则肯定是稳定的。末端力偶( tip w rench) 是力分配规划的结果, 它影响了机械臂的内部动力学特性, 有效地选择末端力偶, 可以使输入力矩和输出比率达到一定程度的并置。恰当地选择力分布, 可以增强系统的稳定性, 适宜内部力控制, 可使内部动力学稳定。但这种方法在计算过程中忽略了很多小量, 且系统中仅考虑了连架杆的柔性, 具有局限性, 通用性较差。

基于准静态方程且仅考虑夹持杆的柔性, Matsun 和Hatayama 研究了两2R 柔性机器人的协调控制。对柔性杆采用Euler- Bernoulli 梁模型, 两柔性杆的振动方程利用Hamilton原理得到, 所确定的系统动力学模型十分复杂, 不易于进行控制。考虑到即使柔性杆的弹性变形非常小, 由之引起的作用于被操作物体上和关节上的力仍然很大这种情况, 假设: ( 1) 每单位长度的质量密度非常小, 在偏微分方程中可以忽略( 这样做相当于忽略了弹性变形部分的动能, 而只考虑偏微分振动方程中的轴向力和应力的势能) ; ( 2) 柔性杆振动速度很小, 变形量对位置矢量的导数与各杆的转角之和及机器人末端的抓持角相比很小。这样, 振动方程中的非线性项就可以被忽略。基于以上假设, 以及约束力、弹性变形和刚体动力学方程之间的关系, 得到只依于机器人关节变量的驱动电机转动的准静态方程。利用Koivo 和Unseren 在1991 年提出的多刚性机器人协调控制的H ] 理论,

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—————————————————————————————————————— 同时考虑连杆参数的不确定性、准静态近似和测量误差等因素引起的模型误差设计控制器。实验结果验证了假设的充分性。但他们仅考虑了夹持杆的柔性, 忽略了转动惯量和剪切变形的影响, 只考虑振动方程中的线性项, 在求解计算惯性力时, 假定所有构件都是刚性的, 虽然简单, 却和实际有出入。所设计的协调控制器也不能保证原始系统的全面稳定性。

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2 象鼻子机器人总体方案设计

2.1主体结构分析

工业机器人主体结构设计的主要问题是选择由连杆件和运动副组成的坐标形式。最广泛使用的工业机器人坐标形式有：直角坐标式、圆柱坐标式、球面坐标式（极坐标式）、关节坐标式（包括平面关节式）、冗余坐标式。

2.1.1直角坐标式机器人

直角坐标式机器人主要用于生产设备的上下料，也可以用于高精度的装配和检测作业，

大约占工业机器人的14%左右。一般直角坐标式机器人的手臂能垂直上下移动（Z方向运动），并可沿滑架和横梁上的导轨进行水平面内二维移动（X，Y方向移动）。直角坐标式机器人主体结构具有三个自由度，而手腕自由度的多少可视用途而定。

直角坐标式机器人具有如下优点。 （1）机构简单。 （2）编程简单。

（3）采用直线滚动导轨后，速度高，定位精度高。

（4）在X，Y和Z三个坐标轴方向上的运动没有耦合作用，对控制系统设计相对容易些。

但是，由于直角坐标式机器人必须采用导轨，带来许多问题，其主要缺点如下。 （1）导轨面的防护比较困难，不能像转动关节的轴承那样密封得好。 （2）导轨的支撑结构增加了机器人的重量，并减少了有效工作范围。 （3）为了减少摩擦需要用很长的直线滚动导轨，价格高。 （4）结构尺寸与有效工作范围相比显得庞大。

（5）移动部件的惯量比较大，增加了驱动装置的尺寸和能量消耗。

直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬挂式、龙门式、天车式三种结构。

2.1.2圆柱坐标式机器人

圆柱坐标式机器人主体结构具有三个自由度：腰转，升降，手臂伸缩。手腕通常采用两个自由度，绕手臂纵向轴线转动和与其垂直的水平轴线转动。手腕若采用三个自由度，则使机器人自由度总数达到六个，但是手腕上的某个自由度将与主体上的回转自由度有部

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—————————————————————————————————————— 分重复。此类工业机器人大约占工业机器人总数的47%左右。

圆柱坐标式机器人的优点如下。

（1）除了简单的“抓--放”作业外还可以用在许多其他生产领域，与直角坐标式机器人相比增加了通用性。

（2）结构紧凑。

（3）在垂直方向和径向有两个往复运动，可采用伸缩套筒式结构。当机器人开始腰转时可把手臂缩进去，在很大程度上减少了转动惯量，改善动力学载荷。

圆柱坐标式机器人的缺点是由于机身结构的缘故，手臂不能抵达底部，减少了机器人的工作范围。其工作空间是一个圆柱状的空间。

2.1.3球面坐标式机器人

球面坐标式机器人也叫做极坐标式机器人，它具有较大的工作范围，设计和控制系统比较复杂，大约占工业机器人总数的13%。在这类机器人中最出名的一种产品是美国Unimation公司的Unimation2000型和4000型机器人。机器人主体结构有三个自由度，绕垂直轴线（机身）和水平轴线（回转关节）的转动均采用了液压伺服驱动，转角范围分别为200度左右和50度左右，手臂伸缩采用液压驱动的移动关节，其最大行程决定了球面最大半径，机器人实际工作的形状是个不完全的球缺。手腕具有三个自由度，当机器人主体运动时，装在手腕上的末端操作器才能维持应有的姿态。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。

2.1.4关节坐标式机器人

关节坐标式机器人主体结构的三个自由度腰转关节、肩关节、肘关节全部是转动的关节，手腕的三个自由度上的转动关节（俯仰、偏转和翻转）用来最后确定末端操作器的姿态，它是一种广泛使用的拟人化的机器人，大约占工业机器人总数的25%左右。平面关节式机器人的主体结构有三个转动关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。关节型机器人结构，有水平关节型和垂直关节型两种。

关节坐标式机器人的优点如下。

（1）结构紧凑，工作范围大而安装面积小。

（2）具有很高的可达性。关节坐标式机器人可以使其手部进入像汽车车身这样一个封闭的空间内进行作业，而直角坐标式机器人不能进行此类操作。

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（3）因为没有移动关节，所以不需要导轨。转动关节容易密封，由于轴承件是大量生产的标准件，则摩擦小，惯量小，可靠性好。

（4）所需关节驱动力矩小，能量消耗较少。 关节坐标式机器人的缺点如下。

（1）肘关节和肩关节轴线是平行的，当大、小臂舒展成一直线时虽然能抵达很远的工作点，但机器人的结构刚度比较低。

（2）机器人首部在工作范围边界上工作时有运动学上的退化行为。

2.1.5冗余坐标式机器人

如果使关节空间维数大于任务空间维数，关节空间维数与任务空间维数的差称为机器人的冗余自由度，或简称冗余自由度。从运动学的观点来说就是指完成某一特定任务时 ,机器人具有多余的自由度。这样的机器人称为冗余自由度机器人。多余的自由度可用来改善机器人的运动及动力学特性 ,如增加灵活性、躲避障碍、回避奇异、优化主运动任务下的辅助操作指标、优化关节速度、加速度、力矩、能量等。给定了冗余自由度机器人的末端位姿，即任务空间中的点，关节空间可以有无穷多个点，或者说有无穷多个位形与之对应，这些点的集合是关节空间中的一个n-m维流形。换言之，冗余自由度机器人位形能够在这个流行内自由变动而不影响末端位姿，这个变动称为冗余自由度机器人的自运动。机器人所具有的这种性质称为冗余特性。这使我们有可能在实现给定末端位姿（第一目标）的同时，还可以通过在这些子空间的运动，满足各种二次目标。利用机器人的冗余特性，可以实现机器人的容错控制盒机器人的振动控制。对于多臂机器人、移动式机器人、机器人多指灵巧手登特殊的机器人结构，也普遍存在冗余特性。

正是由于这种区别于传统非冗余自由度机器人的冗余特性，使冗余自由度机器人优于非冗余自由度机器人，而成为人们关注的焦点。

本课题要求是设计一个象鼻子机械手用于向任意空间曲面完成喷漆工作，要求该机械手的手腕为柔软手腕，可以向任意方向弯曲。根据课题的要求很明显的知道选用的自由度为冗余自由度。

2.2驱动机构设计

驱动机构用于把驱动元件的运动传递到机器人的关节和动作部位。按实现的运动方式，驱动机构可分为直线驱动机构和旋转驱动机构两种。驱动机构的运动可以由不同的驱

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—————————————————————————————————————— 动方式来实现。

机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气动驱动和电气驱动三种基本类型。 工业机器人出现的初期，由于其大多采用曲柄机构和连杆机构等，所以较多采用液压与气压驱动方式。但随着对机器人作业速度要求越来越高，以及机器人的功能日益复杂化，目前采用电气驱动的机器人所占用比例越来越大。但在需要功率很大的应用场合，或运动精度不高、有防爆要求的场合，液压、气压驱动仍应用较多。

液压驱动的特点是功率大、结构简单，可省去减速装置，能直接与被驱动的杆件相连，响应快，伺服驱动具有较高的精度。但需要增设液压源，而且易产生液体泄漏，故液压驱动目前多用于特大功率的机器人系统。

液压驱动具有以下几个优点：

（1）液压容易达到较高的单位面积压力（常用油压为2.5~6.3MPa），液压设备体积较小，可以获得较大的推力或转矩；

（2）液压系统介质的可压缩性小，系统工作平稳可靠，并可得到较高的位置精度； （3）在液压传动中，力、速度和方向比较容易实现自动控制；

（4）液压系统采用油液作介质，具有防锈蚀和自润滑性能，可以提高机械效率，系统的使用寿命长。

液压驱动的不足之处如下：

（1）油液的黏度随温度变化而变化，影响系统的工作性能，且油温过高时容易引起燃烧爆炸等危险；

（2）液体的泄漏难以克服，要求液压元件有较高的精度和质量，故造价较高； （3）需要相应的供油系统，尤其是电液伺服系统要求严格的滤油装置，否则会引起故障。

气压驱动的能源、结构都比较简单，但与液压驱动相比，同体积条件下功率较小，而且速度不易控制，所以多用于精度要求不高的点位控制系统。 与液压驱动相比，气压驱动的优点如下：

（1）压缩空气黏度小，容易达到高速（1m/s）；

（2）利用工厂集中的空气压缩机站供气，不必添加动力设备，且空气介质对环境无污染，使用安全，可在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、震动等恶劣工作环境中工作；

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（3）气动元件工作压力低，故制造要求也比液压元件低，价格低廉；

（4）空气具有可压缩性，使启动系统能够实现过载自动保护，提高了系统的安全性和柔软性。

气压驱动的不足之处如下：

（1）压缩空气常用压力为0.4~0.6MPa，若要获得加大的动力，其结构就要相对增大； （2）空气压缩大，工作平稳性差，速度控制困难，要实现准确的位置控制很困难； （3）压缩空气的除水问题是一个很重要的问题，处理不当会使钢类零件生锈，导致机构失灵；

（4）排气会造成噪声污染。

电气驱动是利用电动机直接或通过机械传动装置来驱动执行机构，其所用能源简单，机构速度变化范围大，效率高，速度和位置精度都很高，且具有使用方便、噪声低和控制灵明的特点，在机器人中得到了广泛应用。

根据选用电动机及配套驱动器的不同，电气驱动系统大致分为步进电动机驱动系统、直流伺服电动机驱动系统和交流伺服电动机驱动系统等。步进电机多为开环控制，控制简单但功率不大，多用于低精度、小功率机器人系统；直流伺服电动机易于控制，有较理想的机械特性，但其电刷易磨损，且易形成火花；交流伺服电动机结构简单，运行可靠，可频繁启动、制动，没有无线电波干扰。交流伺服电动机与直流伺服电动机比较又具有以下特点：没有电刷等易损坏元件，外形尺寸小，能在重载下高速运行，加速性能好，能实现动态控制和平滑运动，但控制较复杂。目前常用的交流伺服电动机有交流永磁伺服电动机（PMSM）、感应异步电动机（ＩＭ）、无刷直流电动机（ＢＬＤＣ）等，交流伺服电动机已逐渐成为机器人的主要驱动方式。

2.3象鼻子机器人的“鼻子”

由于本机器人的臂要求柔软，也就是可以向任何方向弯曲，所以机械系统部分大致拟定四种设计方案：方案一采用充气形式，它的每一节椎骨可以通过气囊的压缩和充气进行扩展和收缩。方案二“鼻子”用多个圆弧构件相对连接构成，由于接触面为突出的圆弧，所以可以实现任意方向的弯曲。方案三“鼻子”用多个碗状构件依次连接而成，接触面为凹弧面。方案四“鼻子”采用多个并联机构串接而成。其每个单元如图2-1。综合评定，方案一了解的资料不多，知识不全面，难于实现；方案二中两构件接触面为突出的弧面，

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—————————————————————————————————————— 稳定性不够好，而方案三为凹弧接触，稳定性较好，但难于控制；而在方案四中了解的资料比较多，结合自己所学的知识可以选出适用的方法为方案四。

图2-1 机器人单节示意图

2.4直线驱动机构

如图并联机构可以看出：上下动定平台之间所用的连接为球铰和虎克铰，而实现向任意方向弯曲的机构为伸缩杆，即直线驱动机构。直线运动可以直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可以采用齿轮齿条、丝杠、螺母等传动元件把旋转运动转换为直线运动。

2.4.1齿轮齿条装置

通常齿条是固定不动的。当齿轮转动时，齿轮轴连同拖板沿齿条方向作直线运动。这样，齿轮的旋转运动就转换为拖板的直线运动，如图2-2所示。拖板是由导杆或导轨支撑的。该装置的回差较大。

图2-2 齿轮齿条装置

1—拖板；2—导向杆；3—齿轮；4—齿条

2.4.2普通丝杠和滚珠丝杠

普通丝杆驱动采用了一个旋转的精密丝杠驱动一个螺母沿丝杠轴向移动，从而将丝杠

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—————————————————————————————————————— 的旋转运动转换成螺母的直线运动。由于普通丝杠的摩擦力较大，效率低，惯性大，在低速时容易产生爬行现象，精度低，回差大，所以在机器人中很少采用。

在机器人中经常采用滚珠丝杠，这是因为滚珠丝杠的摩擦力很小且运动响应速度快。 由于滚珠丝杠螺母的螺旋槽里放置了许多滚珠，丝杠在传动过程中所受的是滚动摩擦力，摩擦力较小，因此传动效率高，同时可消除低速时的爬行现象；在装配时施加一定的预紧力，可消除回差。

如图2-3所示， 滚珠丝杠里的滚珠从钢套管中出来，进入经过研磨的导轨，转动2~3圈以后，返回钢套管。滚珠丝杠的传动效率可以达到90%，所以只需要使用极小的驱动力，并采用较小的驱动连杆件，就能够传递运动。

通常人们还使用两个背靠背的双螺母对滚珠丝杠进行预加载，以消除丝杠和螺母之间的间隙、提高运动精度。

图2-3 滚珠丝杆传动装置

2.4.3液压（气压）缸

液压（气压）缸是将液压泵（空气压缩机）输出的压力能转换为机械能、作直线往复运动的执行元件，使用液压（气压）缸可以很容易实现直线运动。液压（气压）缸主要由缸筒、缸盖、活塞杆和密封装置等元件构成，活塞和缸筒采用精密滑动配合，压力油（压缩空气）从液压（气压）缸的一端进入，把活塞推向液压（气压）缸的另一端，从而实现直线运动。通过调节进入液压（气压）缸液压油（压缩空气）的流动方向和流量可以控制液压（气压）缸的运动方向和速度。

许多早期的机器人采用的都是由伺服阀控制的液压缸，用以产生直线运动。液压缸功

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