2023年机器人驱动系统练习题及答案

机器人驱动系统练习题及答案

一、填空题

1.驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。驱动系统就像人身上的肌

肉，是控制系统和执行结构的中间环节,驱使执行机构按照控制系统发出

的指令信号，借助于动力元件使机器人运动的机构。

2.电机驱动系统是目前使用最多的一种驱动方式,其特点是没有漏油

噪声等环境污染，效率比较高，但系统相对复杂，电源取用方便，响

应快，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方式。

3.液压驱动可以获得很大的抓取能力,传动平稳、结构紧凑、防

爆性好、动作也较灵敏，但对密封性要求高，不宜在高、低温现场工作。

4.交流伺服系统主要由伺服控制模块、功率驱动模块、通信接口模

足、反馈检测模块以及配套的电动机组成。

5.电机驱动系统相较于液压驱动和气压驱动而言，没有漏油、噪声等

环境污染。

二、判断题

1.随着应用材料科学的发展，一些新型材料开始应用于机器人的驱动，如

形状记忆合金驱动、压电效应驱动、人工肌肉及光驱动等。（J）

2.气压驱动的机器人结构简单，动作迅速，空气来源方便，价格低，但由

于空气可压缩而使工作速度稳定性差，抓取力小。（J）

3.为了保持油液的清洁，设置了过滤器，将油液中的杂质过滤掉，使系统

能正常工作。（J）

4.液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体黏性变化，引起运

动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环

境条件下工作。（J）

5.液压执行元件是把液体压力能转换成机械能以驱动工作机构的元件，包

括液压缸和液压马达。（J）

6.汽缸输出的力能满足许多应用场合，但其输出的力较小，输出力应限制

在200〜300kN之间。（X）

三、选择题

1.液压装置易于实现过载保护。借助于设置等过载保护装置，可

使液压传动系统实现过载保护。同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。

（A）

A.溢流阀

B.过滤器

C.离合器

D.油雾器

2.,人们第一次利用汽缸做成气动刹车装置，将它成功地用到火

车的制动上。（A）

A.1880年

B.1885年

C.1888年

D.1889年

3.在1776年JohnWilkinson发明了能产生大气压左右的空气压

缩机。(A)

A.1个

B.10个

C.100个

D.1000个

4.动力元件是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件。液压传

动系统的动力元件是液压泵，它们的作用是向系统提供压力油。液压泵的工作

压力，一般应大于执行元件的最大工作压力与油路压力损失之和。额定压力比

最大压力再高o(C)

A.10%~20%

B.25%—40%

C.20%~60%

D.5%~30%

5.纵观世界气动行业的发展趋势，气动元件的发展动向可以归纳为：高质

量。电磁阀的寿命可达以上，汽缸的寿命可达2000〜5000km。(D)

A.1000万次

B.2000万次

C.2500万次

D.3000万次

四、简答题

1.简述驱动系统主要有哪些驱动方式，以及其含义。

答：驱动系统的驱动方式主要有：电机驱动、液压驱动、气压驱动和新型

驱动。

电机驱动系统是指主要以电动机作为原动机为整个系统提供机械动力，将

电能转换为机械能，通过机械传动机构，改变动力机的输出转矩，驱动执行机

构工作，把动力机输出的运动转变为工作机所需的形式，如将旋转运动改变为

直线运动，或反之，或者其他特殊作用，如有利于机器的控制、装配、安装、

维护和安全等。

液压驱动系统的动力元件是液压泵，它们的作用是向系统提供压力油。液

压驱动系统的动力元件是将原动机所输出的机械能转换成液体压力能的元件。

传动方式为依靠液体的静压力传递能量。依靠叶轮与液体之间的流体动力作用

传递能量的称为液力传动，液压驱动具有推力大、布置方便等优点。

气压驱动系统和液压驱动系统很相似，所不同的是，动力元件为空气压缩

机，利用气体的压力传递能量，相较于液压驱动系统，输出力较小，但是工作

介质是压缩空气，具有取材方便、用量不受限制、排气处理简单、不污染环境

等优点。

2.驱动系统各自有哪些特点？

答：(1)电机驱动的特点

液压驱动可以获得很大的抓取能力，传动平稳，结构紧凑，防爆性好，动

作也较灵敏，但对密封性要求高，不宜在高、低温现场工作。

气压驱动的机器人结构简单，动作迅速，空气来源方便，价格低，但由于

空气可压缩而使工作速度稳定性差，抓取力小。

电机驱动系统相较于液压驱动和气压驱动而言，没有漏油、噪声等环境污

染，效率比较高，但系统相对复杂，是目前使用最多的一种驱动方式，电源取

用方便，响应快，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方

式。本模块主要以伺服电机为例讲解电机驱动系统，基本上伺服电机的优缺点

可以概括电机驱动的优缺点。

伺服电机在精度上实现了位置、速度和力矩的闭环控制，克服了步进电机

失步的问题。高速性能好，抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对

有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；低速运行平稳，低速运行时

不会产生类似于步进电机的“蠕行现象”，适用于有高速响应要求的场合，电机

加减速的动态响应时间短，一般在几十毫秒之内，发热和噪音明显降低。

以交流伺服电机为例，交流伺服电机速度控制特性良好，在整个速度区内

可实现平滑控制，几乎无振荡，90配以上的高效率，发热少，高速控制，高精确

度位置控制（取决于编码器精度），额定运行区域内可实现恒力矩、惯量低、低

噪音，无电刷磨损，免维护（适用于无尘、易爆环境）。

交流伺服电机的缺点是控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确

定，而且需要更多的连线来支持其运行工作。

（2）液压驱动系统的特点

①液压驱动系统的优点

a.推力大，布置方便。液压驱动系统的各组成部分是通过油管连接的，借

助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这是比机械传动具有明显优势的

地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效

率低的缺点。由于液压缸的推力很大，又加之极易布置，在挖掘机等重型工程

机械上，已基本取代了老式的机械传动，且操作方便、外形美观大方。

b.重量轻、结构紧凑、惯性小。例如，相同功率液压马达的体积为电动机

的12%〜13%。

c.可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达，可以实现无

级调速，调速范围可达1：2000,并可在液压装置运行的过程中进行调速。

d.传递运动均匀平稳，工作时速度在负载变化下较稳定。正因为此特点，

在金属切削机床中，磨床工作台的往复运动现在几乎都采用液压传动。

e.液压装置易于实现过载保护。借助于设置溢流阀等过载保护装置，可使

液压驱动系统实现过载保护。同时液压件能自行润滑，因此使用寿命长。

f.容易实现自动化。液压传动借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和

电气控制结合使用时，能很容易地实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥

控。

g.便于设计、制造和推广使用。液压元件已实现了标准化、系列化和通用

化，便于设计、制造和推广使用。

②液压驱动系统的缺点

a.密封要求高。因液压系统中的漏油等因素，会影响运动的平稳性和正确

性，故使得液压传动不能保证严格的传动比。

b.液压传动对油温的变化比较敏感。温度变化时，液体黏性变化，引起运

动特性的变化，使得工作的稳定性受到影响，所以它不宜在温度变化很大的环

境条件下工作。

C.制造精度要求较高。为了减少泄漏，以及为了满足某些性能上的要求，

液压元件的配合件制造精度要求较高，加工工艺较复杂。

d.要求有单独的能源。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方

便。

e.液压系统发生故障时检查和排除较为困难。

总的来说，相比于缺点液压传动的优点更为突出，随着设计、制造和使用

水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服，液压传动有着广泛的发展前

景。

(3)气压驱动系统的特点

①气压驱动系统的优点

a.工作介质是压缩空气，取材方便，用量不受限制，排气处理简单，不污

染环境。

b.压缩空气为快速流动的工作介质，故可获得较高的工作速度。

c.纯气动控制，具有防火、防爆、耐潮的能力。

d.气动装置结构简单，安装维护容易。

e.输出力及工作速度调节方便，大小可无限变化。

②气压驱动系统的缺点

a.空气具有可压缩性，不易实现准确定位和速度控制。

b.汽缸输出的力能满足许多应用场合，但其输出的力较小，输出力应限制

在20〜30kN之间。

c.排气噪声较大，现在这个问题已因吸声材料和消声器的发展基本得到了

解决。

③气动元件发展动向

纵观世界气动行业的发展趋势，气动元件的发展动向可以归纳为以下几

八占'、.•

a.高质量。电磁阀的寿命可达3000万次以上，汽缸的寿命可达2000〜

5000km。

b.高精度。定位精度达05~01mm,过滤精度可达001Pm,除油率

可达lm3标准大气中的油雾在0Img以下。

c.高速度。小型电磁阀的换向频率可达数十赫兹，汽缸最大速度可达

3m/so

d.低功耗。电磁阀的功耗可降至01W。

e.小型化。元件制