摘要：随着我国社会经济发展进步，工业机器人技术不断发展，工业机器人在实际应用中已经从以往的手动操作逐渐发展为半自动化操作，当前已经基本实现全自动化操作。工业机器人的各项操作主要是通过多关节机械手等机构实现，在融入智能化以及自动化理念之后，实现机电一体化，有着非常高的可操作性，将其应用在制造业中，能够满足当前制造行业的发展需要，使生产效率以及生产安全性有显著提高。
关键词：工业机器人；驱动系统；现状与展望
1工业机器人的发展
1.1机械结构
当前制造业中所应用的机器人已经基本上能够按照预先设定的程序实现半自动化生产，操作人员只需要输入操作指令或者代码，机器人将会执行相应的操作程序，完成生产任务。工业机器人发展最初阶段，主要是模仿人的手臂设计，向其中加入驱动系统以及固定结构，这种工业机器人属于最为原始的机器人。之后随着科学技术的发展，人类的设计理念不断创新和完善，工业机器人设计中逐渐加入了自动化、智能化操作系统。目前制造业生产中所使用的工业机器人有3~6个自由度，驱动系统包含有传动装置以及液压动力装置等，操作系统主要是输入各项运行程序和指令。
1.2理论建设
制造业生产过程中所用到的工业机器人操作程序相对较为简单，但是在设计阶段会用到非常多的专业性知识，比如机械原理、线性代数、机电一体化等，另外，悬臂式机器人还需要有动力学以及运动学等方面知识和先进控制方式、轨迹规划等。另外，深海科研以及登月计划等所用到的机器人也都属于工业机器人。
2机器人的驱动方式
2.1传统驱动
2.1.1液压驱动
液压驱动是通过将油压泵产生的工作油的压力能转变成的机械能实现力的传递。液压驱动方式具有较高的功率重量比，低速时也能产生很大的驱动力，对于搬运重量大的物体具有很大优势；结构简单，体积小，可减小机器人的整体体积；液压驱动的油液具有不可压缩性，因此该驱动控制性能好，有较高的精度；对于极端恶劣的外部环境，也有很强的适应能力。
虽然液压驱动方式具有以上优点，但是容易受液体泄漏的影响，不仅会破坏工作的稳定性，降低控制精度，还会引起环境污染。液压驱动的油液会受环境影响，粘稠度、纯净度等发生变化，进而会影响机器人的正常工作，因此液压驱动大多用于超大功率的机器人系统中。
2.1.2气压驱动
气压驱动的工作原理与液压驱动类似，是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递。气压驱动器的结构简单，安全可靠，气源方便，经济性好，空气压缩后不会产生粘性过大的现象，因此气压驱动器能迅速变化，快速性好；气压驱动产生的废气不会污染环境。气压驱动方式通常用于搬运轻的物体和中、小负荷的工业机械手中。
任立敏等人设计了一种具备柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人，将气压马达作为机器人的外置动力源，与柔性长距离传输技术结合，驱动前端球形机器人在管道内清除污垢，解决了发电厂冷凝器蒸汽回流回路等微型管道的监测和维护问题。谭益松等人设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人，仿照尺蠖式运动，固定前端或后端，中间收缩的方式，完成机器人的前进后退运动，利用气压马达驱动合金刀旋转清理长距离复杂的管道内壁。
2.1.3电气驱动
电气驱动是利用各种电动机产生力和力矩，直接或经过机械传动间接去驱动执行机构，以获得机器人的各种运动。电气驱动的成本较低且方便，适合用于大功率机器人。电气驱动又分为三类，交流伺服电机驱动、步进电机驱动和直流伺服电机驱动。直流电机具有无级调速的优点，但经济性差；交流电机一般不能进行无级调速。步进电机的定位精度高，且控制系统更加复杂，且速度不能太高。
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2.2新型驱动
2.2.1磁致伸缩驱动
磁致伸缩驱动主要是利用了磁致伸缩现象（即磁致伸缩材料磁化状态的改变导致其长度发生微小的变化），主要用于微小的驱动场合。张永顺等人研制了以超磁致伸缩薄膜为驱动器的仿生游动微型机器人，并进行了试验，通过改变驱动频率和磁场的大小，实现了机器人运动速度和运动方向的改变。
2.2.2压电驱动
压电驱动器的压电材料是一种当它受到力作用时其表面上出现与外力成比例的电荷的材料，又称压电陶瓷。压电陶瓷具有响应速度快、位移线性好、体积小等优点。李勃等人[15]将压电陶瓷材料作为机器人的驱动功能元件，设计了一个智能化的微型多节蛇行游动机器人，该机器人动作敏捷灵巧，且整个系统体积小、重量轻、精度高。
2.2.3形状记忆合金驱动
形状记忆合金（SMA）驱动原理是指一种具有记忆功能的特殊的合金，在受到外力作用时发生形变，当温度达到某一适当值时，该合金能自动恢复到形变前的形状。SMA制成的驱动元件，体积较小，结构简单，易于控制，因此有些研究人员将SMA应用于微型机器人中。魏中国等人介绍了形状记忆合金驱动原理，并分析了国外SMA的研究现状，为中国SMA驱动机器人的研究提供了基础。
2.2.4超声波驱动
超声波驱动是利用了超声波的振动特性进行驱动的。超声波振动引起振动物体与移动物体的相对运动产生了摩擦力，以摩擦力作为驱动力驱动机器人动作。超声波驱动器和SMA驱动一样，体积小，结构简单；同时超声波驱动还具有响应速度快的优点，因此比较适合机器人的驱动。
3问题
在驱动电机方面，传统的旋转电机结构比较简单、运用方便而且技能老练，伴随新材料、新技能的发展，它将继续向高精度、高速以及小型化方向发展，并在一般工业机器人得到大范围使用。而伺服执行器是集机电于一体的新式功用部件，代表了当今工业机器人机电集成技能的发展趋势，其装置简略、运用方便，可较好地处理现行工业机器人所存在的设计、装置以及修理方面的问题，但其技能综合、制作难度大，现在只要少量国外公司可以商品化出产，往后，随着制作业水平的提升、生产本钱的下降，有望成为新一代的工业机器人配套部件。运用直接驱动电机的功能已可满足绝大多数工业机器人的驱动要求，使用电机直接驱动完成机械“零”传动无疑是高速高精度工业机器人的理想挑选，但由于遭到美国专利以及相关世界专利维护，加上电机制作的技能难度大、生产本钱高，近阶段在一般工业机器人上的大范围使用尚存在必定困难，往后，伴随专利维护的部分解禁、技能的前进和制作本钱的下降，可望在不久的将来在高速高精度工业机器人上得到推行和使用。
4工业机器人的发展
随着当前科学技术的发展进步，不断有新的材料出现并应用在实际生产中，世界范围内将机器人列入未来主要发展领域，尤其是随着计算机以及网络技术的发展，将计算机技术以及网络技术应用在工业机器人中，工业机器人的操作精度以及可操作性会有显著提高。工业机器人应用在实际生产中，在企业方面，能够显著提高生产效率，降低生产成本；在职工方面，能够代替人工进行一些体力劳动，在恶劣条件下工作，具有非常广阔的发展前景。
总之，作为工业自动化的共性关键技术，伺服驱动系统的研究不仅可提高工业机器人等机电一体化产品的性能，且还涉及能源、资源、环境等多种深层次社会问题，它必将越来越引起人们的重视，随着科学技术的进步，相信在不久的将来可在高速、高精度、小型化、集成化、网络化方面得到更大的发展。
参考文献：
[1]焊接学会.焊接机器人实用手册[M].北京：机械工业出版社，2014.
[2]龚仲华.交流伺服驱动从原理到完全应用[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[3]上海机床研究所.AC200伺服驱动/AC200S主轴驱动说明书[M].上海：上海机床研究所，1992.
论文作者:王增喜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/14
标签：机器人论文; 工业论文; 气压论文; 液压论文; 操作论文; 合金论文; 等人论文; 《电力设备》2018年第18期论文;