并聯(lián)行星構(gòu)型減速器工業(yè)機(jī)器人減速器研究

王迎暉

（昆山登云科技職業(yè)學(xué)院，昆山 215300）

工業(yè)機(jī)器人在全球范圍內(nèi)的數(shù)量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)，較為廣泛的應(yīng)用也代表著工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)前景廣闊。工業(yè)機(jī)器人作為高端制造裝備的重要組成部分，將對(duì)未來(lái)生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展及增強(qiáng)軍事國(guó)防實(shí)力都具有十分重要的意義[1]。就目前工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展特點(diǎn)而言，以精確、高速、剛性強(qiáng)、機(jī)身結(jié)構(gòu)緊湊為主，響應(yīng)速度的提升和重載還有待進(jìn)一步研究。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還處于初級(jí)發(fā)展階段，相比一些發(fā)達(dá)國(guó)家還存在很大差距，對(duì)中國(guó)機(jī)器人發(fā)展造成最大限制的就是核心零部件，所以，實(shí)現(xiàn)減速機(jī)國(guó)產(chǎn)化是促進(jìn)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

1 工業(yè)機(jī)器人減速器市場(chǎng)分析

目前，減速器的國(guó)際供應(yīng)商主要有兩家，分別為Harmonic和Nabtesco（納博特斯克）。Nabtesco（納博特斯克）用于工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)處的精密減速器在全球市場(chǎng)中的占有率高達(dá)60%，其中，市場(chǎng)占有率更高的是用于中/重負(fù)荷機(jī)器人中的RV減速器，占有率高達(dá)90%[2]。諧波齒輪減速器是一種新型減速器，其運(yùn)行的主要原理來(lái)自于行星齒輪傳動(dòng)原理，剛輪、波發(fā)生器和柔輪是三個(gè)主要構(gòu)成部件，在柔輪和波發(fā)生器的共同作用下，能產(chǎn)生可控彈性變形，再經(jīng)過(guò)剛輪的嚙合運(yùn)動(dòng)將動(dòng)力傳遞出去。諧波傳動(dòng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如,質(zhì)量小、傳動(dòng)比大、運(yùn)動(dòng)精度高、體積小和傳動(dòng)慣量小等，其最大優(yōu)勢(shì)在于能在密閉的空間內(nèi)進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)，其他任何一種機(jī)械都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。盡管如此，其還是有一定的缺點(diǎn)，比如,諧波齒輪傳動(dòng)中的柔輪很容易出現(xiàn)橢圓變形，每次轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)伴隨兩次變形，材料的損耗率以及耗損功率都較大。與此同時(shí)，其在運(yùn)行過(guò)程中可引起20°～30°，甚至更大的扭轉(zhuǎn)變形角。

2 并聯(lián)行星構(gòu)型工業(yè)機(jī)器人用高精密減速機(jī)

現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人擺線針輪減速機(jī)為獲得大減速比，可避免地存在設(shè)計(jì)缺陷，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中體現(xiàn)在曲柄和軸承，正常的使用都會(huì)出現(xiàn)超額磨損，帶來(lái)精度迅速降低，用戶反饋軸承壓裂壓爆的情況隨處可見(jiàn)，且無(wú)法通過(guò)提高材料強(qiáng)度和加工精度解決所存在的問(wèn)題。

研發(fā)并聯(lián)行星構(gòu)型工業(yè)機(jī)器人精密減速器。并聯(lián)行星構(gòu)型工業(yè)機(jī)器人精密減速器采用并聯(lián)行星少齒差結(jié)構(gòu)和二頻激光陀螺儀，在承載和壽命上更具優(yōu)勢(shì)，在精度和傳動(dòng)效率上也達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，滿足終端客戶保證流水線上工業(yè)機(jī)器人具有良好的精度穩(wěn)定性、受理特性、快速與其他環(huán)節(jié)同步運(yùn)行的需求。平順的輸出特性大幅提高了實(shí)際運(yùn)行精度，滿足電子產(chǎn)品生產(chǎn)線的使用需求，助力解放消費(fèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)線上重復(fù)勞動(dòng)的工人抑或是取代難以通用的專機(jī)。

2.1 雙聯(lián)行星結(jié)構(gòu)提高精度

用三個(gè)雙聯(lián)齒輪替代RV減速機(jī)中擺線針輪結(jié)構(gòu)的三個(gè)偏心曲軸，外圈分為兩個(gè)，均有內(nèi)齒，雙聯(lián)齒輪即為行星輪，當(dāng)行星輪通過(guò)太陽(yáng)輪輸入旋轉(zhuǎn)時(shí)，外圈的兩個(gè)齒圈轉(zhuǎn)速不一樣，當(dāng)行星輪繞太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)齒圈存在速差，實(shí)現(xiàn)減速。采用第三代并聯(lián)行星構(gòu)型，結(jié)合頂尖的機(jī)床調(diào)校技術(shù)和成熟的熱處理工藝，提高產(chǎn)品的精度和精度保持性，可以承受超大載荷，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力可控，保持85%的高傳動(dòng)效率。這種結(jié)構(gòu)齒輪的受力產(chǎn)生的徑向分力較小，接觸位置均衡，能承受重載荷；不會(huì)造成偏心運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)(見(jiàn)圖1)。

2.2 可調(diào)側(cè)隙機(jī)構(gòu)

齒輪副側(cè)隙是對(duì)一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，非工作齒面的間隙為齒輪側(cè)隙，適當(dāng)?shù)膫?cè)隙可以補(bǔ)償輪齒因受力變形和摩擦發(fā)熱而膨脹所引起的擠壓，采用設(shè)計(jì)合理的側(cè)隙及側(cè)隙調(diào)整結(jié)構(gòu)來(lái)提高齒輪傳動(dòng)精度和整個(gè)減速器的穩(wěn)定性。機(jī)構(gòu)為并聯(lián)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要傳遞運(yùn)動(dòng)的是雙聯(lián)行星齒輪、太陽(yáng)輪、兩個(gè)齒圈，在結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)雙聯(lián)行星輪側(cè)隙可調(diào)裝置，能夠調(diào)整雙聯(lián)齒輪對(duì)齒圈、太陽(yáng)輪的相對(duì)位置。

2.3 并聯(lián)行星構(gòu)型減速器與市場(chǎng)其他構(gòu)型減速器的對(duì)比

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮加工精度及裝配精度影響，并聯(lián)行星構(gòu)型減速器傳動(dòng)效率可達(dá)94%。通過(guò)先進(jìn)的制造工藝，結(jié)合頂尖的機(jī)床調(diào)校技術(shù)和熱處理工藝，保證每個(gè)零件的精度達(dá)到1′以內(nèi)；從原理上，并聯(lián)行星構(gòu)型工業(yè)機(jī)器人精密減速器采用第三代并聯(lián)行星構(gòu)型，替代了落后的擺線針結(jié)構(gòu)，降低了累積磨損，精度高，如表1所示。

表1 市場(chǎng)RV減速器與并聯(lián)行星構(gòu)型減速器的技術(shù)參數(shù)

3 結(jié)論

現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人擺線針輪減速機(jī)為獲得大減速比，不可避免地存在設(shè)計(jì)缺陷，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中體現(xiàn)在曲柄和軸承正常的使用都會(huì)出現(xiàn)超額磨損，帶來(lái)精度迅速降低，用戶反饋軸承壓裂壓爆的情況隨處可見(jiàn)，且無(wú)法通過(guò)提高材料強(qiáng)度和加工精度來(lái)解決存在的問(wèn)題。而并聯(lián)行星構(gòu)型減速器可在一定程度上滿足工業(yè)機(jī)器人使用環(huán)境的需要，在結(jié)構(gòu)上具有一定優(yōu)勢(shì)。