机器人用高精度RV传动研究

  点击数：510  发布时间：2005-10-20 06:56

关键词：机器人

谐波减速器曾经是用于机器人关节传动的主要装置。但从谐波传动的工作原理可知，它是通过柔轮的弹性变形实现运动传递的，其弹性变形大。由于弹性变形引起的弹性回差也大，这就不可避免地会影响机器人运动的准确性。谐波传动在传递负载时，变形的柔轮与刚轮啮合时并非共轭齿廓啮合，保证运动精度寿命低。RV传动与谐波传动相比较，其突出优点为保证运动精度寿命高，扭转刚度大从而弹性回差小，在很多高精度机器人传动中有逐渐取代谐波传动的趋势。为赶超世界先进，填补国内空白和发展我国的机器人事业，开发研制用于机器人传动装置的高精度RV传动，已被国家列为“九五”关键技术研究项目。大连铁道学院齿轮研究室在先后圆满完成2项有关摆线针轮行星传动优化设计与可靠性研究的国家自然科学基金项目后，于1994年12月又连续承担了第3项国家自然科学基金项目“机器人用新结构高精度摆线针轮传动设计理论与方法研究”，并于1997年1月与秦川机床集团有限公司紧密合作，承担了863计划自动化领域智能机器人主题的关键技术项目“机器人用RV-250AⅡ减速器”，经过前后4年的奋力拼搏，终于攻克了这一难关，于1998年圆满完成了对机器人用高精度RV传动的理论研究与样机研制工作。

为了圆满完成该任务，课题组在理论上对包括传动比、传动效率及受力分析计算、保证运动精度、回差、刚度、传动效率机理在内的RV传动理论和优化设计等进行了全面系统的分析研究，编制了科学实用的全套优化设计和绘图CAD软件。不仅优化设计出机器人用RV-250AⅡ减速器的全套生产图纸，而且大连铁道学院齿轮研究室与秦川机床集团有限公司密切合作、共同努力，通过试制—试验—发现问题改进制造工艺—试验结果满意，成功地研制出了运动精度、回差、刚度和传动效率等主要技术性能达国际先进水平的机器人用RV-250AⅡ减速器样机，为我国齿轮传动领域谱写了新的篇章。

我们在承担国家自然科学基金项目和863计划项目对机器人用高精度RV传动的研究工作中，所取得的主要创新成果有以下6项：

(1)按符合工程实际的假定，建立了高精度RV传动的受力分析模型，提出了简化且科学实用的RV传动力分析方法。

(2)提出了用负等距加负移距优化组合的修形方式，使摆线轮齿形工作段与负转角修形的齿形基本吻合，从而获得了保证RV传动运动精度高、回差小、单位体积承载能力与刚度大，保证运动精度寿命高的摆线轮优化新齿形。

(3)提出了RV传动回差的计算模型，进行了回差敏感性分析，找出了对几何回差影响较大的因素，即针齿销半径误差、摆线轮的等距修形误差及针齿销孔周向位置度误差等。在研制样机的设计与制造中，保证了设计中给定合理的尺寸与形位公差与制造中编制先进实用的工艺有可靠的科学依据。

(4)对保证运动精度，也即减少传动角度误差的机理进行了充分的研究，在设计与制造中提出了有效措施加以保证。

(5)建立了RV传动扭转刚度计算模型，在对影响RV传动刚度的5个部分（渐开线齿轮传动部分、摆线针轮传动部分、行星架输出机构部分、曲柄轴部分和轴承部分）的弹性变形能进行定量计算的基础上，不仅用常规的方法，而且用三维有限元方法科学地计算出了RV传动的扭转刚度。

(6)研制了一套能精确进行静态回差、运动精度、刚度试验的试验装置及一套能进行运动回差和运动精度测试的试验装置。它们在研制过程中为保证任务的完成发挥了关键作用。

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