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1. 绪 论
1.1. 课题背景
从一战以来,机器人学和飞机、火箭、计算机等一样,也日益发展成为我们
日常生活不可或缺的科学技术,机器人的应用广泛,从传统的自动化制造领域,
到人类的日常生活,再到茫茫星系的探索,都已经离不开机器人。
机器人关节是机器人的基础部件,其性能的好坏直接影响机器人的性能。机
器人关节的种类有很多,根据机器人的功能不同,关节的配置和运动系统的形式
叶都各不相同。工业机器人关节根据输出运动形式的不同分为移动关节和转动关
节:根据传动机构的不同可以分为齿轮传动、连杆传动和摆线针轮减速传动;根
据驱动器形式的不同可以分为电驱动关节、气压驱动关节、液压驱动关节和特种
驱动关节等等。仿人机器人也是当今机器人爱好者研究的热点之一,仿人机器人
因为外型类人则其关节可以分为上肢关节和下肢关节。微型机器人则是利用集成
电路微细加工,将驱动器,关节传动装置以及传感器控制器和电源等集成在很小
的多晶硅上。总体来看机器人关节呈现出大力矩,高精度,反应灵敏,小型化,
标准化和模块化的趋势和发展。
工业机器人常见的关节形式有移动关节和转动关节。应用最多的工业机器人
是多关节机器人,它主要是由多个回转关节和连杆组成,模拟人的肩关节、肘关
节和腕关节等的作用。其关节与仿人机器人的肩、肘、髋关节不同的是自由度的
个数。通常工业机器人的肩肘髋的关节的自由度为 1。
仿人机器人主要分为仿人手臂型和仿人双足型。仿人手臂型主要是研究 7 自
由度手臂和多自由度操作臂、多指灵巧手及手臂和灵巧手的组合。仿人双足型主
要研究步行机构及步行特性,下肢关节结构是步行质量好坏的关键。
1.2. 舵机简介
在机器人关节的设计中,电机是至关重要的一部分,电机就像是机器人关节
的肌肉,只有正确的配置和使用电机才能使机器人关节正常运转起来。
常见的电机主要有直、交流电机,而直流电机一直在机器人设计中占有主导
地位。直流电机可以分为连续转动电机和步进电机 2 种,主要区别是连续转动的
电机在通电后主轴连续转动,只有当断电或者电机提供的驱动力无法驱动负载时,
主轴才停止转动或这阻塞;步进电机则是通电后主轴转动某一个角度后,然后停
止。伺服电机是一种比较特殊的连续转动电机类型。
直流电机和步进电机都是开环反馈系统,也就是在电机转动的过程中并不知