工業(yè)機器人的傳動(dòng)機構解析

近年來(lái)，得益于工業(yè)機器人市場(chǎng)的快速發(fā)展，中國運動(dòng)控制行業(yè)進(jìn)入到一個(gè)快速發(fā)展的階段。而下游需求的進(jìn)一步釋放，也帶動(dòng)上游的高速發(fā)展，包括直線(xiàn)導軌、滾珠絲杠、齒輪齒條、液（氣）壓缸、齒輪、減速器等傳動(dòng)核心零部件也出現訂單大幅增長(cháng)的趨勢，整個(gè)運控行業(yè)市場(chǎng)呈現出蓬勃向上的發(fā)展姿態(tài)。

我們都知道，工業(yè)機器人的驅動(dòng)源通過(guò)傳動(dòng)部件來(lái)驅動(dòng)關(guān)節的移動(dòng)或轉動(dòng)，從而實(shí)現機身、手臂和手腕的運動(dòng)。因此，傳動(dòng)部件是構成工業(yè)機器人的重要部件。而根據傳動(dòng)類(lèi)型的不同，傳動(dòng)部件可以分為兩大類(lèi)：直線(xiàn)傳動(dòng)機構和旋轉傳動(dòng)機構。今天，小編將和大家一起來(lái)深入學(xué)習了解。

直線(xiàn)傳動(dòng)機構

工業(yè)機器人常用的直線(xiàn)傳動(dòng)機構可以直接由汽缸或液壓缸和活塞產(chǎn)生，也可以采用齒輪齒條、滾珠絲杠螺母等傳動(dòng)元件由旋轉運動(dòng)轉換得到。?

1、移動(dòng)關(guān)節導軌

在運動(dòng)過(guò)程中移動(dòng)關(guān)節導軌可以起到保證位置精度和導向的作用。

移動(dòng)關(guān)節導軌有五種：普通滑動(dòng)導軌、液壓動(dòng)壓滑動(dòng)導軌、液壓靜壓滑動(dòng)導軌、氣浮導軌和滾動(dòng)導軌。

目前第五種滾動(dòng)導軌在工業(yè)機器人中應用最為廣泛，如圖2-15所示為包容式滾動(dòng)導軌的結構，用支承座支承，可以方便地與任何平面相連，此時(shí)套筒必須是開(kāi)式的，嵌入在滑枕中，既增強剛度也方便了與其他元件的連接。

2、齒輪齒條裝置

齒輪齒條裝置中（圖2-16），如果齒條固定不動(dòng)，當齒輪轉動(dòng)時(shí)，齒輪軸連同拖板沿齒條方向做直線(xiàn)運動(dòng)。這樣，齒輪的旋轉運動(dòng)就轉換成拖板的直線(xiàn)運動(dòng)。拖板是由導桿或導軌支承的，該裝置的回差較大。

3、滾珠絲杠與螺母

在工業(yè)機器人中經(jīng)常采用滾珠絲杠，這是因為滾珠絲杠的摩擦力很小且運動(dòng)響應速度快。

由于滾珠絲杠螺母的螺旋槽里放置了許多滾珠，絲杠在傳動(dòng)過(guò)程中所受的是滾動(dòng)摩擦力，摩擦力較小，因此傳動(dòng)效率高，同時(shí)可消除低速運動(dòng)時(shí)的爬行現象；在裝配時(shí)施加一定的預緊力，可消除回差。?

如圖2-17所示滾珠絲杠螺母里的滾珠經(jīng)過(guò)研磨的導槽循環(huán)往復傳遞運動(dòng)與動(dòng)力，滾珠絲杠的傳動(dòng)效率可以達到90%。

4、液（氣）壓缸

液（氣）壓缸是將液壓泵（空壓機）輸出的壓力能轉換為機械能、做直線(xiàn)往復運動(dòng)的執行元件，使用液（氣）壓缸可以容易地實(shí)現直線(xiàn)運動(dòng)。液 （氣）壓缸主要由缸筒、缸 蓋、活塞、活塞桿和密封裝置等部件構成，活塞和缸筒采用精密滑動(dòng)配合，壓力油（壓縮空氣）從液（氣）壓缸的一端進(jìn)入，把活塞推向液 （氣）壓缸的另一端，從而實(shí)現直線(xiàn)運動(dòng)。通過(guò)調節進(jìn)入液 （氣）壓缸液壓油（壓縮空氣）的流動(dòng)方向和流量可以控制液（氣）壓缸的運動(dòng)方向和速度。

旋轉傳動(dòng)機構?

一般電動(dòng)機都能夠直接產(chǎn)生旋轉運動(dòng)，但其輸出力矩比所要求的力矩小，轉速比要求的轉速高，因此需要采用齒輪、皮帶傳送裝置或其他運動(dòng)傳動(dòng)機構，把較高的轉速轉換成較低的轉速，并獲得較大的力矩。運動(dòng)的傳遞和轉換必須高效率地完成，并且不能有損于機器人系統所需要的特性，包括定位精度、重復定位精度和可靠性等。通過(guò)下列傳動(dòng)機構可以實(shí)現運動(dòng)的傳遞和轉換。

1、齒輪副

齒輪副不但可以傳遞運動(dòng)角位移和角速度，而且可以傳遞力和力矩，一個(gè)齒輪裝在輸入軸上，另一個(gè)齒輪裝在輸出軸上，可以得到齒輪的齒數與其轉速成反比 [式 (2-1)]，輸出力矩與輸入力矩之比等于輸出齒數與輸入齒數之比 [式 (2-2)]。

2、同步帶傳動(dòng)裝置

在工業(yè)機器人中同步帶傳動(dòng)主要用來(lái)傳遞平行軸間的運動(dòng)，同步傳送帶和帶輪的接觸面都制成相應的齒形，靠嚙合傳遞功率。齒的節距用包絡(luò )帶 輪時(shí)的圓節距t表示。

式中：n1為主動(dòng)輪轉速 (r/min)；n2 為被動(dòng)輪轉速 (r/min);z1為主動(dòng)輪齒數；z2 為被動(dòng)輪齒數。?

同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)時(shí)無(wú)滑動(dòng)，傳動(dòng)比準確，傳動(dòng)平穩；速比范圍大；初始拉力??；軸與軸承不易過(guò)載。但是，這種傳動(dòng)機構的制造及安裝要求嚴格，對帶的材料要求也較高，因而成本較高，同步帶傳動(dòng)適合于電動(dòng)機和高減速比減速器之間的傳動(dòng)。

3、 諧波齒輪

目前工業(yè)機器人的旋轉關(guān)節有60%~70%都使用諧波齒輪傳動(dòng)。?

諧波齒輪傳動(dòng)由剛性齒輪、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個(gè)主要零件組成。

工作時(shí)，剛性齒輪6固定安裝，各齒均布于圓周上，具有外齒圈2的柔性齒輪5沿剛性齒輪的內齒圈3轉動(dòng)。柔性齒輪比剛性齒輪少兩個(gè)齒，所以柔性齒輪沿剛性齒輪每轉一圈就反向轉過(guò)兩個(gè)齒的相應轉角。

諧波發(fā)生器4具有橢圓形輪廓，裝在其上的滾珠用于支承柔性齒輪，諧波發(fā)生器驅動(dòng)柔性齒輪旋轉并使之發(fā)生塑性變形。轉動(dòng)時(shí)，柔性齒輪的橢圓形端部只有少數齒與剛性齒輪嚙合，只有這樣，柔性齒輪才能相對于剛性齒輪自由地轉過(guò)一定的角度。通常剛性齒輪固定，諧波發(fā)生器作為輸入端，柔性齒輪與輸出 軸相連。

式中：z1 為柔性齒輪的齒數；z2 為剛性齒輪的齒數。假設剛性齒輪有100個(gè)齒，柔性齒輪比它少兩個(gè)齒，則當諧波發(fā)生器轉50圈時(shí)，柔性齒輪轉1圈，這樣只占用很小的空間就可以得到1∶50的減速比。通常將諧波發(fā)生器裝在輸入軸，把柔性齒輪裝在輸出軸，以獲得較大的齒輪減速比。

4、 擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)減速器

擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)是在針擺傳動(dòng)基礎上發(fā)展起來(lái)的一種新型傳動(dòng)方式，20世紀80年代日本研制出了用于機器人關(guān)節的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)減速器，圖2-21所示為擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。

它由漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪行星減速機構和擺線(xiàn)針輪行星減速機構兩部分組成。漸開(kāi)線(xiàn)行星輪6與曲柄軸 5連成一體，作為擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)部分的輸入。

如果漸開(kāi)線(xiàn)中心輪7順時(shí)針旋轉，那么，漸開(kāi)線(xiàn)行星齒輪在公轉 的同時(shí)還逆時(shí)針自轉，并通過(guò)曲柄軸帶動(dòng)擺線(xiàn)輪做平面運動(dòng)。此時(shí)，擺線(xiàn)輪因受與之嚙合的針輪的約束，在其軸線(xiàn)繞針輪軸線(xiàn)公轉的同時(shí)，還將反方向自轉，即順時(shí)針轉動(dòng)。同時(shí)，它通過(guò)曲柄軸推動(dòng)行星架輸出機構順時(shí)針轉動(dòng)。

審核編輯：黃飛

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