并聯行星構型減速器工業機器人減速器研究

王迎暉

（昆山登云科技職業學院，昆山 215300）

工業機器人在全球范圍內的數量呈現出逐年上升的趨勢，較為廣泛的應用也代表著工業機器人的市場前景廣闊。工業機器人作為高端制造裝備的重要組成部分，將對未來生產和社會發展及增強軍事國防實力都具有十分重要的意義[1]。就目前工業機器人的發展特點而言，以精確、高速、剛性強、機身結構緊湊為主，響應速度的提升和重載還有待進一步研究。我國工業機器人產業還處于初級發展階段，相比一些發達國家還存在很大差距，對中國機器人發展造成最大限制的就是核心零部件，所以，實現減速機國產化是促進我國工業機器人產業化的關鍵。

1 工業機器人減速器市場分析

目前，減速器的國際供應商主要有兩家，分別為Harmonic和Nabtesco（納博特斯克）。Nabtesco（納博特斯克）用于工業機器人關節處的精密減速器在全球市場中的占有率高達60%，其中，市場占有率更高的是用于中/重負荷機器人中的RV減速器，占有率高達90%[2]。諧波齒輪減速器是一種新型減速器，其運行的主要原理來自于行星齒輪傳動原理，剛輪、波發生器和柔輪是三個主要構成部件，在柔輪和波發生器的共同作用下，能產生可控彈性變形，再經過剛輪的嚙合運動將動力傳遞出去。諧波傳動具有很多優點，比如,質量小、傳動比大、運動精度高、體積小和傳動慣量小等，其最大優勢在于能在密閉的空間內進行傳遞運動，其他任何一種機械都無法實現。盡管如此，其還是有一定的缺點，比如,諧波齒輪傳動中的柔輪很容易出現橢圓變形，每次轉動就會伴隨兩次變形，材料的損耗率以及耗損功率都較大。與此同時，其在運行過程中可引起20°～30°，甚至更大的扭轉變形角。

2 并聯行星構型工業機器人用高精密減速機

現有工業機器人擺線針輪減速機為獲得大減速比，可避免地存在設計缺陷，結構的應力集中體現在曲柄和軸承，正常的使用都會出現超額磨損，帶來精度迅速降低，用戶反饋軸承壓裂壓爆的情況隨處可見，且無法通過提高材料強度和加工精度解決所存在的問題。

研發并聯行星構型工業機器人精密減速器。并聯行星構型工業機器人精密減速器采用并聯行星少齒差結構和二頻激光陀螺儀，在承載和壽命上更具優勢，在精度和傳動效率上也達到國際領先水平，滿足終端客戶保證流水線上工業機器人具有良好的精度穩定性、受理特性、快速與其他環節同步運行的需求。平順的輸出特性大幅提高了實際運行精度，滿足電子產品生產線的使用需求，助力解放消費電子產品生產線上重復勞動的工人抑或是取代難以通用的專機。

2.1 雙聯行星結構提高精度

用三個雙聯齒輪替代RV減速機中擺線針輪結構的三個偏心曲軸，外圈分為兩個，均有內齒，雙聯齒輪即為行星輪，當行星輪通過太陽輪輸入旋轉時，外圈的兩個齒圈轉速不一樣，當行星輪繞太陽輪旋轉時，兩個齒圈存在速差，實現減速。采用第三代并聯行星構型，結合頂尖的機床調校技術和成熟的熱處理工藝，提高產品的精度和精度保持性，可以承受超大載荷，實現內部應力可控，保持85%的高傳動效率。這種結構齒輪的受力產生的徑向分力較小，接觸位置均衡，能承受重載荷；不會造成偏心運轉振動，運行平穩(見圖1)。

2.2 可調側隙機構

齒輪副側隙是對一對齒輪嚙合時，非工作齒面的間隙為齒輪側隙，適當的側隙可以補償輪齒因受力變形和摩擦發熱而膨脹所引起的擠壓，采用設計合理的側隙及側隙調整結構來提高齒輪傳動精度和整個減速器的穩定性。機構為并聯行星傳動機構，主要傳遞運動的是雙聯行星齒輪、太陽輪、兩個齒圈，在結構中設計雙聯行星輪側隙可調裝置，能夠調整雙聯齒輪對齒圈、太陽輪的相對位置。

2.3 并聯行星構型減速器與市場其他構型減速器的對比

合理的結構設計，考慮加工精度及裝配精度影響，并聯行星構型減速器傳動效率可達94%。通過先進的制造工藝，結合頂尖的機床調校技術和熱處理工藝，保證每個零件的精度達到1′以內；從原理上，并聯行星構型工業機器人精密減速器采用第三代并聯行星構型，替代了落后的擺線針結構，降低了累積磨損，精度高，如表1所示。

表1 市場RV減速器與并聯行星構型減速器的技術參數

3 結論

現有工業機器人擺線針輪減速機為獲得大減速比，不可避免地存在設計缺陷，結構的應力集中體現在曲柄和軸承正常的使用都會出現超額磨損，帶來精度迅速降低，用戶反饋軸承壓裂壓爆的情況隨處可見，且無法通過提高材料強度和加工精度來解決存在的問題。而并聯行星構型減速器可在一定程度上滿足工業機器人使用環境的需要，在結構上具有一定優勢。