工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)全方位詳解

近年來，得益于工業(yè)機(jī)器人市場的快速發(fā)展，中國運(yùn)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，包括直線導(dǎo)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(xiàn)訂單大幅增長的趨勢，整個(gè)運(yùn)控行業(yè)市場呈現(xiàn)出蓬勃向上的發(fā)展姿態(tài)。我們都知道，工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)源通過傳動(dòng)部件來驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)身、手臂和手腕的運(yùn)動(dòng)。因此，傳動(dòng)部件是構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人的重要部件。而根據(jù)傳動(dòng)類型的不同，傳動(dòng)部件可以分為兩大類：直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。今天，小編將和大家一起來深入學(xué)習(xí)了解。直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人常用的直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換得到。

1、移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌在運(yùn)動(dòng)過程中移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌可以起到保證位置精度和導(dǎo)向的作用。移動(dòng)關(guān)節(jié)導(dǎo)軌有五種：普通滑動(dòng)導(dǎo)軌、液壓動(dòng)壓滑動(dòng)導(dǎo)軌、液壓靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。目前第五種滾動(dòng)導(dǎo)軌在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用最為廣泛，如圖2-15所示為包容式滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)，用支承座支承，可以方便地與任何平面相連，此時(shí)套筒必須是開式的，嵌入在滑枕中，既增強(qiáng)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(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪軸連同拖板沿齒條方向做直線運(yùn)動(dòng)。這樣，齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就轉(zhuǎn)換成拖板的直線運(yùn)動(dòng)。拖板是由導(dǎo)桿或?qū)к壷С械模撗b置的回差較大。3、滾珠絲杠與螺母在工業(yè)機(jī)器人中經(jīng)常采用滾珠絲杠，這是因?yàn)闈L珠絲杠的摩擦力很小且運(yùn)動(dòng)響應(yīng)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(yùn)動(dòng)時(shí)的爬行現(xiàn)象；在裝配時(shí)施加一定的預(yù)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)過研磨的導(dǎo)槽循環(huán)往復(fù)傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，滾珠絲杠的傳動(dòng)效率可以達(dá)到90%。4、液（氣）壓缸液（氣）壓缸是將液壓泵（空壓機(jī)）輸出的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件，使用液（氣）壓缸可以容易地實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)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(gòu)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(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。通過調(diào)節(jié)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(yùn)動(dòng)方向和速度。旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

一般電動(dòng)機(jī)都能夠直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但其輸出力矩比所要求的力矩小，轉(zhuǎn)速比要求的轉(zhuǎn)速高，因此需要采用齒輪、皮帶傳送裝置或其他運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，把較高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成較低的轉(zhuǎn)速，并獲得較大的力矩。運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換必須高效率地完成，并且不能有損于機(jī)器人系統(tǒng)所需要的特性，包括定位精度、重復(fù)定位精度和可靠性等。通過下列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換。1、齒輪副齒輪副不但可以傳遞運(yùn)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(shù)與其轉(zhuǎn)速成反比[式(2-1)]，輸出力矩與輸入力矩之比等于輸出齒數(shù)與輸入齒數(shù)之比[式(2-2)]。2、同步帶傳動(dòng)裝置在工業(yè)機(jī)器人中同步帶傳動(dòng)主要用來傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)，同步傳送帶和帶輪的接觸面都制成相應(yīng)的齒形，靠嚙合傳遞功率。齒的節(jié)距用包絡(luò)帶輪時(shí)的圓節(jié)距t表示。式中：n1為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速(r/min)；n2為被動(dòng)輪轉(zhuǎn)速(r/min);z1為主動(dòng)輪齒數(shù)；z2為被動(dòng)輪齒數(shù)。

同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)時(shí)無滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)平穩(wěn)；速比范圍大；初始拉力??；軸與軸承不易過載。但是，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造及安裝要求嚴(yán)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(jī)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(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)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(nèi)齒圈3轉(zhuǎn)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(zhuǎn)一圈就反向轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒的相應(yīng)轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)柔性齒輪旋轉(zhuǎn)并使之發(fā)生塑性變形。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔性齒輪的橢圓形端部只有少數(shù)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(zhuǎn)過一定的角度。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(shù)；z2為剛性齒輪的齒數(shù)。假設(shè)剛性齒輪有100個(gè)齒，柔性齒輪比它少兩個(gè)齒，則當(dāng)諧波發(fā)生器轉(zhuǎn)50圈時(shí)，柔性齒輪轉(zhuǎn)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、擺線針輪傳動(dòng)減速器擺線針輪傳動(dòng)是在針擺傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動(dòng)方式，20世紀(jì)80年代日本研制出了用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的擺線針輪傳動(dòng)減速器，圖2-21所示為擺線針輪傳動(dòng)簡圖。它由漸開線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)和擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)兩部分組成。漸開線行星輪6與曲柄軸5連成一體，作為擺線針輪傳動(dòng)部分的輸入。如果漸開線中心輪7順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，