机器人腕关节谐波减速器的传动精度和效率研究

摘要

机器人操作机是由若干个构件和关节组成的多自由度空间机构，机器人传动装置要求结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，关节运动最常用的形式是采用伺服电机经机械传动装置减速后驱动。日本Harmonic公司生产的精密谐波减速器具有传动比大、体积小、承载能力强、传动精度高等优点，已广泛用于工业机器人中。本文结合机器人的研究开发，主要进行了以下工作:
　　(1)对某五自由度机器人机械臂的腕关节进行设计，并对影响其定位精度的因素进行分析;
　　(2)对腕关节的核心元件Harmonic谐波减速器传动精度和机械效率的影响因素进行了分析，并对该谐波减速器的传动误差和效率进行了理论估算;
　　(3)在对谐波传动原理研究的基础上，应用有限元分析软件ANSYS12.0，分别采用三维实体结构单元和板单元建立了柔轮轮齿的参数化有限元分析模型，并分别对负载作用下两种模型的弹性变形进行求解;
　　(4)设计了一个检测该谐波减速器传动误差和效率的实验系统，通过实验得出了该减速器在不同转矩和转速条件下的传动误差及机械效率，并对其变化规律进行了总结。
　　在实验结果中，选取特定负载和转速条件下的传动误差分别与同样条件下理论估算和有限元分析的结果进行对比，可以得出以下结论:本文中有限元分析方法相对来说最为精确和可靠，实验方法的分析效果次之，理论估算的方法相对来说是最差的。
　　本文所做的工作对机械臂的设计、精度分析及控制有一定的参考价值，同时文中所采用的一些分析方法也可供同类谐波减速器的研究和开发参考。