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理论原理

移动机器人技术漫谈(五):减速器

减速器是移动机器人的核心零部件之一,一般应用于移动机器人的动力轮(驱动轮、舵轮等)、举升机构等结构上,起到降低输出转速、增加输出扭矩、改变扭矩方向、降低负载惯量等作用。

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发布于 2022-06-17 阅读:1153

       减速器是移动机器人的核心零部件之一,一般应用于移动机器人的动力轮(驱动轮、舵轮等)、举升机构等结构上,起到降低输出转速、增加输出扭矩、改变扭矩方向、降低负载惯量等作用。

       目前,机器人精密减速器技术一直由日本、德国、美国等发达国家掌控,其核心技术仍处于保密状态。据统计,世界75%的精密减速器市场被日本的Harmonica和Nabtesco所占领,这严重制约了我国机器人产业的发展。

       经过多年的科研攻关,我国机器人用精密减速器在技术上获得了一定突破,加上我国机器人产业化发展的局面的逐渐形成,涌现出上海机电、秦川发展、绿的谐波、南通振康、浙江恒丰泰、北京中技克美等本土减速器生产企业。不过,由于我国对机器人用精密减速器的研究起步较晚,技术成熟度和产品稳定性方面还与国外先进水平存在较大差距。

       机器人常用的减速器包括:摆线针轮(RV)减速器、谐波减速器和行星齿轮减速器。

  • 旋转矢量(RV)减速器

       RV减速器技术源于德国,L. Braren博士(劳伦兹·勃朗)于1926年首先提出将摆线齿廓用于精密机械传动,并于1931年在德国慕尼黑创建了“赛古乐”股份有限公司,最先开始摆线减速器的制造和销售,1939年转让给日本住友重机械工业株式会社。RV减速器目前已被广泛应用于工业机器人,机床,医疗检测设备,卫星接收系统等领域。

       RV减速器由一个行星齿轮减速器的前级和一个摆线针轮减速器的后级组成,结构上包括:输入齿轮轴、行星轮、曲柄轴、摆线轮、针齿、针齿壳、输出轴等。其中,摆线针轮减速器全部传动装置又可分为三部分:输入部分、减速部分、输出部分。在输入轴上装有一个错位180°的双偏心套,在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承,形成H机构、两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道,并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合,以组成齿差为一齿的内啮合减速机构。

       RV减速器具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点,缺点是机构复杂、制造安装精度要求高、承载能力不大。

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  • 谐波减速器

       谐波减速器是20世纪50年代伴随着空间科学技术的发展,基于在弹性薄壳弹性变形理论,应用金属挠性和弹性力学原理发展起来的一种全新传动形式。谐波减速器由美国发明家C. Walt Musser(马瑟)首先提出,经日本引入后发展实用化。目前,谐波传动已广泛应用于航天航空、机器人、精密加工设备、雷达设备、医疗设备等领域。

       谐波齿轮减速器由波发生器、柔轮和刚轮组成,依靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形,并靠柔轮与刚轮啮合来传递运动和动力。谐波传动具有运动精度高,传动比大、质量小、体积小、较小的传动惯量等优点。最重要的是能在密闭空间传递运动,这一点是其他任何机械传动无法实现的。其缺点为在谐波齿轮传动中柔轮每转发生两次椭圆变形,极易引起材料的疲劳损坏,损耗功率大。

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  • 行星齿轮减速器

       行星齿轮减速器主要传动结构为:行星轮,太阳轮,外齿圈。行星减速机因为结构原因,单级减速最小为3,最大一般不超过10,常见减速比为3,4,5,6,8,10,减速机级数一般不超过3,但有部分大减速比定制减速机有4级减速。行星减速机多数是安装在伺服电机和步进电机上,用来降低转速、提升扭矩、匹配惯量。

       相对其他减速器,行星齿轮减速机具有高刚性、高精度(单级可做到1'以内)、高传动效率(单级在97%~98%)、高的扭矩/体积比、终身免维护等特点,其缺点为结构复杂、零件加工精度要求高、制造与安装较困难。

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       移动机器人对减速机的主要要求是轴向长度短、径向负载大、运动精度高。在减速器的选型上,除了根据减速机的需求选择不同的减速机种类外,还需关注减速机的减速比、安装方式、尺寸、精度、受力等。此外,对减速机的要求还包括高可靠性、低噪声、长寿命、免维护等。

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他很懒,什么都没有留下~