11、机器人的执行器、运动学与动力学解析

机器人的执行器、运动学与动力学解析

1. 机器人执行器

机器人执行器是驱动机器人运动的关键部件，不同类型的执行器具有各自的特点和适用场景。

1.1 气动执行器

早期机器的操纵器常采用气动执行器，其关节由基于压缩空气的气缸驱动。这种执行器能使设备可靠且快速地运行，但在现代机器人中却很少使用。原因在于气动执行器难以调节，很难实现按给定规律的运动。

1.2 液压执行器

液压执行器是机器人领域最早且至今仍广泛应用的执行器系统之一。它具有诸多显著优点：
- 能在气缸中产生高压，从而在机器人关节处施加很大的力。
- 由于具备产生高力的能力，采用液压系统的机器人无需齿轮箱，大大简化了结构。
- 既适用于平移运动，也适用于旋转运动，常用于操纵较重物体的机器人。

不过，近年来有向电动机器人转变的趋势。过去，电动执行器主要用于中小型机器人，如今大型机器人也越来越多地采用电动设计。这是因为电动执行器相对易于调节，而液压执行器的气缸活塞最大速度有限，限制了机器人的运动速度。

1.3 人工肌肉执行器

未来，人们期望开发出类似于人类肌肉的执行器。目前，已有多地在开展人工肌肉的研究，曾尝试基于压缩空气来实现，但迄今为止，尚未找到构建人工肌肉的理想解决方案。这种机器人驱动方式仍停留在设想阶段，有望在不久的将来或更遥远的未来得以实现。一旦成功开发，将进一步提升机器人运动的通用性。

以下是不同执行器特点的对比表格：
|执行器类型|优点|缺点|适用场景|
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|气动执行器|