3.2　液压与气压驱动系统

液压驱动是较早被机器人采用的驱动方式。世界上首先问世的商品化机器人尤尼美特就是液压机器人。液压驱动主要用于中大型机器人和有防爆要求的机器人（如喷漆机器人）。

（1）液压伺服系统

①液压伺服系统的组成。液压伺服系统由液压源、驱动器、伺服阀、传感器和控制器等组成，如图3-1所示。将这些元器件组合成反馈控制系统驱动负载。液压源产生一定的压力，通过伺服阀控制液体的压力和流量，从而驱动驱动器。位置指令与位置传感器的差被放大后得到电气信号，然后将其输入伺服阀中驱动液压执行器，直到偏差为零为止。若传感器信号与位置指令相同，则负荷停止运动。

图3-1　液压伺服系统的组成

②液压伺服系统的工作特点。

a．在系统的输出和输入之间存在反馈连接，组成了闭环控制系统。反馈介质可以是机械的、电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。

b．系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，用两者相比较得到的偏差信号控制液压能源输入到液压元器件的能量，使其向减小偏差的方向移动。

c．系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大，因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

③液压驱动系统的类型。液压驱动系统主要类型有电液伺服系统、电液比例控制阀、摆动缸等。

电液伺服系统通过电气传动方式，用电气信号输入系统来操纵有关的液压控制元件动作，控制液压执行元器件使其跟随输入信号而动作。这类伺服系统中，电液两部分都采用电液伺服阀作为转换元器件。

电液比例控制阀是一种按输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量或方向进行远距离控制的阀。与手动调节的普通液压阀相比，电液比例控制阀能够提高液压系统参数的控制水平；与电液伺服阀相比，电液比例控制阀在某些性能方面稍差一些，但它结构简单、成本低，所以它广泛应用于要求对液压参数进行连续控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。电液比例控制阀的构成，从原理上讲相当于在普通液压阀上装上一个比例电磁铁以代替原有的控制（驱动）部分。根据用途和工作特点的不同，电液比例控制阀可以分为电液比例压力阀（如比例溢流阀、比例减压阀等）、电液比例流量阀（如比例调速阀）和电液比例方向节流阀3大类。

摆动缸，即摆动式液压缸，也称摆动马达。当它通入压力油时，它的主轴输出小于360°的摆动运动。

（2）气压驱动系统

气压驱动系统结构简单、清洁、动作灵敏，具有缓冲作用。但与液压驱动器相比，功率较小、刚度差、噪声大、速度不易控制，所以多用于精度不高的点位控制机器人。气压驱动回路主要由气源装置、执行元器件、控制元器件及辅助元器件4部分组成。

图3-2所示为典型的气压驱动回路——气动剪切机系统的工作原理图。当工料由上料装置（图中未画出）送入剪切机并到达规定位置，将行程阀的按钮压下后，换向阀的控制腔通过行程阀与大气相通，使换向阀阀芯在弹簧力的作用下向下移动。由空气压缩机产生并经过初次净化处理后储藏在储气罐中的压缩空气，经过分水滤气器、减压阀和油雾器以及换向阀进入气缸的上腔。气缸下腔的压缩空气通过换向阀排入大气。这时，气缸活塞在气体压力的作用下向下运动，带动剪刀将工料切断。工料剪下后，随即与行程阀脱开，行程阀复位，阀芯将排气通道封死，换向阀的控制腔中的气压升高，迫使换向阀的阀芯上移，气路换向。压缩空气进入气缸的下腔，气缸的上腔排气，气缸活塞向上运动，带动剪刀复位，准备第二次下料。由此不难看出，剪切机构克服阻力切断工料的机械能是由压缩空气的压力能转换后得到的。同时由于在气路中设置了换向阀，根据行程阀的指令不断改变压缩空气的通路，使气缸活塞带动剪切机构实现剪切工料、剪刀复位的动作。此外，还可根据实际需要，在气路中加入流量控制阀或其他调速装置，控制剪切机构的运动速度。

图3-2　气动剪切机系统的工作原理图