论文部分内容阅读
[摘 要]在我国科学技术发展中，机器人的应用逐渐广泛，在工业机器人中精密减速器技术的应用还存在一定问题，本文则对其进行分析，并提出相应改善建议。
[关键词]工业机器人 精密减速器 技术
中图分类号：P641 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0135-01
目前，世界各国都在大力发展人工智能设备，以机器人为代表的高端智能装备产业发展越来越迅速，我国是世界上机器人市场最大的国家之一，但是在机器人产业化发展过程中，我国面临着非常大的难题，最为突出的难题就是以精密减速器为代表的核心零件不能够自给自足的问题。精密减速器是工业机器人最为核心的部件，日本是机器人精密减速器生产技术较高的国家，日本的 Harmonica和 Nabtesco所占领的机器人精密减速器市场份额达到60%左右。我国对于机器人精密减速器的研究起步较晚，技术非常不成熟，对我国的机器人智能设备生产带来了很大的阻碍，机器人精密减速器关键技术的突破显得非常迫切。
1.机器人精密减速器技术种类
1.1摆线针轮行星减速器技术
摆线针轮行星减速器技术指的是利用行星式传动原理的减速器技术，主要采用摆线针齿啮合的传动装置进行传动，广泛应用于矿山机械、工程机械、起重机械、化工机械等领域最大传动功率为200kW，最高输入转速为1800r/min。摆线针轮行星减速器主要包括输入部分、减速部分以及输出部分，在输入轴上方有一个错位180°的双偏心套，上面的滚柱轴承是一個“H”型的结构，两个摆线的中心孔是轴承的滚道，摆线轮与针齿轮上的环形针齿相啮合形成齿差为一尺的内啮合减速结构。摆线针轮行星传动是行星轮利用变幅外摆线的少齿差行星齿轮传动，为K—H—V行星传动方式，单级传动比为6～119，一级传动效率能够达到0.9～0.95，代替两级普通圆柱齿轮减速器能够减少减速器体积的1/2～2/3，能够减少减速器质量的1/3～1/2。摆线针轮行星减速器的缺点是结果比较复杂，并且对于制造和安装的精度要求非常高，转臂的轴承需要承受较大的力，对轴承的寿命和承载能力都会造成较大影响。
1.2RV减速器技术
RV减速器技术是在传统的针摆行星传动技术基础上发展而来的新型传动技术，主要由行星齿轮减速机的前级和摆线针轮减速机的后级组成。RV减速器技术克服了一般针摆传动的缺点，体积非常小，质量比较轻，摆动范围大，精度高，传动平稳，应用于工业机器人具有很多的优势。RV减速器的摆线针轮减速装置的传动零件刚性非常高，接触应力小，能够方便的实现零件加工和安装的高精度【1】。RV减速器采取的是星星传动和W输出的组合结构，摆线针轮减速装置的结构非常紧凑，使RV减速器的体积和质量都得到有效减少。RV减速器采取的是一齿差或者少齿差的传动方式，摆线针轮的传动比较大。RV减速器的摆线针轮都经过了淬硬和精磨，加工性能较好，使用寿命能够得到有效延长。目前，很多工业机器人领域如机床设备、卫星接收系统、医疗检测设备等都广泛使用RV减速器，使用过程中具有较高的抗疲劳强度和刚度，使用寿命长，回差精度稳定，所以世界上很多的高精度机器人都采用RV减速器，并且有逐渐取代谐波减速器的趋势。
1.3谐波齿轮减速器技术
谐波齿轮减速器技术是利用行星齿轮传动原理发展起来的新型减速器技术，主要部件包括刚轮、柔轮和波发生器，利用波发生器使柔轮产生可控弹性变形依靠柔轮和钢轮之间的啮合进行动力的传运。目前，谐波齿轮减速器技术在航空航天、雷达设备、机器人、医疗设备、精密加工设备等领域的应用非常广泛【2】。谐波齿轮减速器的运动精度非常高，传动比比较大，质量和体积都比较小，传动惯量也比较小，还能够在密闭空间内进行传动。但是谐波齿轮减速器在传动过程中，柔轮要出现两次的椭圆变形，扭转变形角度达到20° ～30°，对柔轮的危害比较大，很容易使柔轮出现疲劳损坏。
1.4精密行星减速器技术
精密行星减速器技术也是一种比较常用的工业机器人精密减速技术，主要传动结构包括行星轮、外齿圈、太阳轮等，由于行星减速器的结构比较特殊，所以它的单级最小减速为3，最大不超过10，减速机级数一般不超过3，但有些大减速比的行星减速器定制为4级减速。与其他类型的减速机相比，行星减速器的刚度、精度、传动效率、扭矩等都非常高，所以行星减速器经常被用于步进电机和伺服电机上，这样能够降低电机的转速，提升电机的扭矩。
2.我国工业机器人精密减速器技术现状
由于我国的工业化起步较晚，在机器人精密减速器技术方面非常不成熟，目前的技术也仅仅相当于日本七八十年代的水平，我国在生产谐波减速器方面的精度和精度保持能力都非常差，生产设备比较落后，谐波减速器生产企业的规模比较小，研发投入严重不足，生产出的谐波减速器不仅承载能力较差，而且噪声比较大。摆线齿轮的齿形非常复杂，对于加工工艺的要求比较严格，目前国外已经成功解决了摆线齿轮齿形修形、工艺参数优化、制造精度控制等方面的问题，但是我国在相关技术方面尚未获得有效突破，与国外存在着较大差距。
我国工业机器人精密减速器不仅是在技术方面与国外存在着较大差距，在质量管理体系方面也存在着很多的不足，日本的工业机器人精密减速器生产企业具有非常严格的质量管理体系，从原材料、生产、装配、测试等环节都制定了严格的程序，保证各个零件的检查结果都符合规范，最后生成产品的检验合格证书。但是我国在工业机器人精密减速器检测方面的能力比较差，质量检查也不够严格，生产环节非常不规范，对我国工业机器人精密减速器生产造成了一定的阻碍。
3.我国工业机器人精密减速器技术的改善建议
我国要想提升工业机器人精密减速器生产技术，首先要加强工业机器人精密减速器理论方面的研究，改进工业机器人精密减速器的制造工艺和制造方法，对摆线轮的修形技术和高精度摆线轮的制造技术进行重点研究，增强齿轮的啮合刚度，减少动力传动过程中的误差。我国要展开减速器动力学研究，提升精密减速器的静态回转误差，降低精密减速器的动态回转误差，提升精密减速器的精度保持性，提升精密减速器的综合性能【3】。我国要加强在装备制造方面的投入力度，大力提升高精度装备的加工制造能力，精密减速器的零部件制造精度是保证精密减速器性能的关键所在，只有提升精密减速器各个部位零件的制造精度，才能够促进精密减速器精度保持能力、噪声、温升、承载能力等的提升。此外，我国还要加强精密减速器的检测能力建设，建立完善的精密减速器检测中心，根据国家标准对各类精密减速器进行检测，并利用对检测结果的分析，对精密减速器的设计方法和制造工艺提出改进建议，促进我国精密减速器制造业的快速发展和进步[4]。
结语
本文主要介绍了目前世界上比较先进的几种工业机器人精密减速器技术，并对我国的工业机器人精密减速器存在的问题进行了探讨，根据我国工业机器人精密减速器存在的问题提出了一些发展建议，希望我国在发展过程中，要把发展工业机器人精密减速器技术重视起来，加强在工业机器人精密减速器方面的投入力度，促进我国高、精、尖技术的快速发展，促进我国综合国力的快速提升。
参考文献：
[1]何文杰，符远翔，廖美超， 等.工业机器人精密减速器性能试验方法研究[J].机床与液压，2017，（13）：56-60，104.
[2]黄兴，何文杰，符远翔.工业机器人精密减速器综述[J].机床与液压，2015，（13）：1-6.
[3]龚仲华，龚晓雯.单元结构的工业机器人手腕设计[J].机床与液压，2017，（21）：89-91.
[4]张振强，王东峰，赵洋， 等.工业机器人用减速器轴承的开发与应用[J].机械工程师，2015，（5）：122-124.
[关键词]工业机器人 精密减速器 技术
中图分类号：P641 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0135-01
目前，世界各国都在大力发展人工智能设备，以机器人为代表的高端智能装备产业发展越来越迅速，我国是世界上机器人市场最大的国家之一，但是在机器人产业化发展过程中，我国面临着非常大的难题，最为突出的难题就是以精密减速器为代表的核心零件不能够自给自足的问题。精密减速器是工业机器人最为核心的部件，日本是机器人精密减速器生产技术较高的国家，日本的 Harmonica和 Nabtesco所占领的机器人精密减速器市场份额达到60%左右。我国对于机器人精密减速器的研究起步较晚，技术非常不成熟，对我国的机器人智能设备生产带来了很大的阻碍，机器人精密减速器关键技术的突破显得非常迫切。
1.机器人精密减速器技术种类
1.1摆线针轮行星减速器技术
摆线针轮行星减速器技术指的是利用行星式传动原理的减速器技术，主要采用摆线针齿啮合的传动装置进行传动，广泛应用于矿山机械、工程机械、起重机械、化工机械等领域最大传动功率为200kW，最高输入转速为1800r/min。摆线针轮行星减速器主要包括输入部分、减速部分以及输出部分，在输入轴上方有一个错位180°的双偏心套，上面的滚柱轴承是一個“H”型的结构，两个摆线的中心孔是轴承的滚道，摆线轮与针齿轮上的环形针齿相啮合形成齿差为一尺的内啮合减速结构。摆线针轮行星传动是行星轮利用变幅外摆线的少齿差行星齿轮传动，为K—H—V行星传动方式，单级传动比为6～119，一级传动效率能够达到0.9～0.95，代替两级普通圆柱齿轮减速器能够减少减速器体积的1/2～2/3，能够减少减速器质量的1/3～1/2。摆线针轮行星减速器的缺点是结果比较复杂，并且对于制造和安装的精度要求非常高，转臂的轴承需要承受较大的力，对轴承的寿命和承载能力都会造成较大影响。
1.2RV减速器技术
RV减速器技术是在传统的针摆行星传动技术基础上发展而来的新型传动技术，主要由行星齿轮减速机的前级和摆线针轮减速机的后级组成。RV减速器技术克服了一般针摆传动的缺点，体积非常小，质量比较轻，摆动范围大，精度高，传动平稳，应用于工业机器人具有很多的优势。RV减速器的摆线针轮减速装置的传动零件刚性非常高，接触应力小，能够方便的实现零件加工和安装的高精度【1】。RV减速器采取的是星星传动和W输出的组合结构，摆线针轮减速装置的结构非常紧凑，使RV减速器的体积和质量都得到有效减少。RV减速器采取的是一齿差或者少齿差的传动方式，摆线针轮的传动比较大。RV减速器的摆线针轮都经过了淬硬和精磨，加工性能较好，使用寿命能够得到有效延长。目前，很多工业机器人领域如机床设备、卫星接收系统、医疗检测设备等都广泛使用RV减速器，使用过程中具有较高的抗疲劳强度和刚度，使用寿命长，回差精度稳定，所以世界上很多的高精度机器人都采用RV减速器，并且有逐渐取代谐波减速器的趋势。
1.3谐波齿轮减速器技术
谐波齿轮减速器技术是利用行星齿轮传动原理发展起来的新型减速器技术，主要部件包括刚轮、柔轮和波发生器，利用波发生器使柔轮产生可控弹性变形依靠柔轮和钢轮之间的啮合进行动力的传运。目前，谐波齿轮减速器技术在航空航天、雷达设备、机器人、医疗设备、精密加工设备等领域的应用非常广泛【2】。谐波齿轮减速器的运动精度非常高，传动比比较大，质量和体积都比较小，传动惯量也比较小，还能够在密闭空间内进行传动。但是谐波齿轮减速器在传动过程中，柔轮要出现两次的椭圆变形，扭转变形角度达到20° ～30°，对柔轮的危害比较大，很容易使柔轮出现疲劳损坏。
1.4精密行星减速器技术
精密行星减速器技术也是一种比较常用的工业机器人精密减速技术，主要传动结构包括行星轮、外齿圈、太阳轮等，由于行星减速器的结构比较特殊，所以它的单级最小减速为3，最大不超过10，减速机级数一般不超过3，但有些大减速比的行星减速器定制为4级减速。与其他类型的减速机相比，行星减速器的刚度、精度、传动效率、扭矩等都非常高，所以行星减速器经常被用于步进电机和伺服电机上，这样能够降低电机的转速，提升电机的扭矩。
2.我国工业机器人精密减速器技术现状
由于我国的工业化起步较晚，在机器人精密减速器技术方面非常不成熟，目前的技术也仅仅相当于日本七八十年代的水平，我国在生产谐波减速器方面的精度和精度保持能力都非常差，生产设备比较落后，谐波减速器生产企业的规模比较小，研发投入严重不足，生产出的谐波减速器不仅承载能力较差，而且噪声比较大。摆线齿轮的齿形非常复杂，对于加工工艺的要求比较严格，目前国外已经成功解决了摆线齿轮齿形修形、工艺参数优化、制造精度控制等方面的问题，但是我国在相关技术方面尚未获得有效突破，与国外存在着较大差距。
我国工业机器人精密减速器不仅是在技术方面与国外存在着较大差距，在质量管理体系方面也存在着很多的不足，日本的工业机器人精密减速器生产企业具有非常严格的质量管理体系，从原材料、生产、装配、测试等环节都制定了严格的程序，保证各个零件的检查结果都符合规范，最后生成产品的检验合格证书。但是我国在工业机器人精密减速器检测方面的能力比较差，质量检查也不够严格，生产环节非常不规范，对我国工业机器人精密减速器生产造成了一定的阻碍。
3.我国工业机器人精密减速器技术的改善建议
我国要想提升工业机器人精密减速器生产技术，首先要加强工业机器人精密减速器理论方面的研究，改进工业机器人精密减速器的制造工艺和制造方法，对摆线轮的修形技术和高精度摆线轮的制造技术进行重点研究，增强齿轮的啮合刚度，减少动力传动过程中的误差。我国要展开减速器动力学研究，提升精密减速器的静态回转误差，降低精密减速器的动态回转误差，提升精密减速器的精度保持性，提升精密减速器的综合性能【3】。我国要加强在装备制造方面的投入力度，大力提升高精度装备的加工制造能力，精密减速器的零部件制造精度是保证精密减速器性能的关键所在，只有提升精密减速器各个部位零件的制造精度，才能够促进精密减速器精度保持能力、噪声、温升、承载能力等的提升。此外，我国还要加强精密减速器的检测能力建设，建立完善的精密减速器检测中心，根据国家标准对各类精密减速器进行检测，并利用对检测结果的分析，对精密减速器的设计方法和制造工艺提出改进建议，促进我国精密减速器制造业的快速发展和进步[4]。
结语
本文主要介绍了目前世界上比较先进的几种工业机器人精密减速器技术，并对我国的工业机器人精密减速器存在的问题进行了探讨，根据我国工业机器人精密减速器存在的问题提出了一些发展建议，希望我国在发展过程中，要把发展工业机器人精密减速器技术重视起来，加强在工业机器人精密减速器方面的投入力度，促进我国高、精、尖技术的快速发展，促进我国综合国力的快速提升。
参考文献：
[1]何文杰，符远翔，廖美超， 等.工业机器人精密减速器性能试验方法研究[J].机床与液压，2017，（13）：56-60，104.
[2]黄兴，何文杰，符远翔.工业机器人精密减速器综述[J].机床与液压，2015，（13）：1-6.
[3]龚仲华，龚晓雯.单元结构的工业机器人手腕设计[J].机床与液压，2017，（21）：89-91.
[4]张振强，王东峰，赵洋， 等.工业机器人用减速器轴承的开发与应用[J].机械工程师，2015，（5）：122-124.