工業(yè)機器人的傳動機構(gòu)全方位詳解

近年來，得益于工業(yè)機器人市場的快速發(fā)展，中國運動控制行業(yè)進(jìn)入到一個快速發(fā)展的階段。而下游需求的進(jìn)一步釋放，也帶動上游的高速發(fā)展，包括直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、齒輪齒條、液（氣）壓缸、齒輪、減速器等傳動核心零部件也出現(xiàn)訂單大幅增長的趨勢，整個運控行業(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)機器人的驅(qū)動源通過傳動部件來驅(qū)動關(guān)節(jié)的移動或轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機身、手臂和手腕的運動。因此，傳動部件是構(gòu)成工業(yè)機器人的重要部件。而根據(jù)傳動類型的不同，傳動部件可以分為兩大類：直線傳動機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)。今天，小編將和大家一起來深入學(xué)習(xí)了解。直線傳動機構(gòu)工業(yè)機器人常用的直線傳動機構(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元件由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換得到。

1、移動關(guān)節(jié)導(dǎo)軌在運動過程中移動關(guān)節(jié)導(dǎo)軌可以起到保證位置精度和導(dǎo)向的作用。移動關(guān)節(jié)導(dǎo)軌有五種：普通滑動導(dǎo)軌、液壓動壓滑動導(dǎo)軌、液壓靜壓滑動導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。目前第五種滾動導(dǎo)軌在工業(yè)機器人中應(yīng)用最為廣泛，如圖2-15所示為包容式滾動導(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，此時套筒必須是開式的，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，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時，齒輪軸連同拖板沿齒條方向做直線運動。這樣，齒輪的旋轉(zhuǎn)運動就轉(zhuǎn)換成拖板的直線運動。拖板是由導(dǎo)桿或?qū)к壷С械?，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，絲杠在傳動過程中所受的是滾動摩擦力，摩擦力較小，因此傳動效率高，同時可消除低速運動時的爬行現(xiàn)象；在裝配時施加一定的預(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)傳遞運動與動力，滾珠絲杠的傳動效率可以達(dá)到90%。4、液（氣）壓缸液（氣）壓缸是將液壓泵（空壓機）輸出的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能、做直線往復(fù)運動的執(zhí)行元件，使用液（氣）壓缸可以容易地實現(xiàn)直線運動。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，從而實現(xiàn)直線運動。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入液（氣）壓缸液壓油（壓縮空氣）的流動方向和流量可以控制液（氣）壓缸的運動方向和速度。旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)

一般電動機都能夠直接產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，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動傳動機構(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。運動的傳遞和轉(zhuǎn)換必須高效率地完成，并且不能有損于機器人系統(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。通過下列傳動機構(gòu)可以實現(xiàn)運動的傳遞和轉(zhuǎn)換。1、齒輪副齒輪副不但可以傳遞運動角位移和角速度，而且可以傳遞力和力矩，一個齒輪裝在輸入軸上，另一個齒輪裝在輸出軸上，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、同步帶傳動裝置在工業(yè)機器人中同步帶傳動主要用來傳遞平行軸間的運動，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)帶輪時的圓節(jié)距t表示。式中：n1為主動輪轉(zhuǎn)速(r/min)；n2為被動輪轉(zhuǎn)速(r/min);z1為主動輪齒數(shù)；z2為被動輪齒數(shù)。

同步帶傳動的優(yōu)點：傳動時無滑動，傳動比準(zhǔn)確，傳動平穩(wěn)；速比范圍大；初始拉力小；軸與軸承不易過載。但是，這種傳動機構(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，同步帶傳動適合于電動機和高減速比減速器之間的傳動。3、諧波齒輪目前工業(yè)機器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)有60%~70%都使用諧波齒輪傳動。

諧波齒輪傳動由剛性齒輪、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個主要零件組成。工作時，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。柔性齒輪比剛性齒輪少兩個齒，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)動柔性齒輪旋轉(zhuǎn)并使之發(fā)生塑性變形。轉(zhuǎn)動時，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個齒，柔性齒輪比它少兩個齒，則當(dāng)諧波發(fā)生器轉(zhuǎn)50圈時，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、擺線針輪傳動減速器擺線針輪傳動是在針擺傳動基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動方式，20世紀(jì)80年代日本研制出了用于機器人關(guān)節(jié)的擺線針輪傳動減速器，圖2-21所示為擺線針輪傳動簡圖。它由漸開線圓柱齒輪行星減速機構(gòu)和擺線針輪行星減速機構(gòu)兩部分組成。漸開線行星輪6與曲柄軸5連成一體，作為擺線針輪傳動部分的輸入。如果漸開線中心輪7順時針旋轉(zhuǎn)，