10、机器人执行器：液压与电动执行器详解

机器人执行器：液压与电动执行器详解

一、液压执行器

1.1 工作原理与系统组成

液压执行器基于压缩油工作，能在气缸内产生高压，从而在机器人关节处产生较大的力。不过，其气缸内活塞的最大速度有限，这也限制了机器人的速度。液压控制系统和气动系统类似，由能源（泵）、液压管路、歧管和执行器本身（如机器人中的线性或旋转活塞）组成。二者的主要区别在于，液压系统的歧管可以进行比例控制，从而能使用传统的液压伺服系统，而气动系统的歧管则基于“开 - 关”原则工作。

1.2 线性气缸

线性气缸有三种类型：
- 单作用活塞 ：产生的力是单向的，需要一个复位装置（如弹簧）来确保活塞轴恢复到初始位置。
- 双作用活塞 ：有两个腔室，压力 p1 和 p2 可以交替确定。由于只有一个腔室中有活塞轴，所以活塞在左右运动时所需的压力不对称。
- 差动活塞 ：用于活塞的长行程。活塞轴的横截面积 s 等于活塞体表面积 S 的一半，即 S = 2s。气缸产生的力为 F = s(2p – pa) 。

1.3 旋转发动机

和气动活塞一样，液压活塞的线性运动也可以机械转化为旋转运动。有一种专门设计用于旋转的活塞，即旋转活塞。最简单的旋转发动机由一个固定锁止气缸组成，内部有一个活动挡块，与输出轴形成一个整体。活塞的行程受挡块尺寸限制，约为 330 度。除了旋转发动机（泵），还有轴向活塞、径向活塞和齿轮液压发动机（泵），但由于液压泵不常作为机器人的驱动器，这里不再详细描述。

1.4 歧管