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机器人设计避坑指南43——拆一个你没见过的减速机

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新年伊始,我决定对一个特别的减速机进行拆解学习。这款减速机相对少见,可能手册的使用者不多,真实产品见者更少,因为它仅由个别减速机厂家制造,且在国内使用频率较低。我偶然间在淘宝上购买了这款产品,出于好奇与学习目的,将其放置于车中观察许久。

减速机在机器人领域有多种类型,包括行星减速机、谐波减速机与RV减速机。行星减速机主要应用于DELTA机器人与10kg以上的SCARA机器人第四轴,其特点是传动效率高、背隙较大、噪音小。Alpha与PSC是能达到极高精度的两个选项,但价格不菲。谐波减速机由柔轮、刚轮与波发生器组成,柔轮齿数比刚轮少两个,波发生器旋转一圈,柔轮反向转动两个齿,实现减速。该设计理论上能实现零背隙,体积小巧,但柔度较低,不耐冲击。RV减速机结合了行星与摆线原理,第一级行星减速机与第二级摆线共同工作,同样利用差动齿轮原理,曲线板比针齿少一个齿,实现反向转动。RV减速机的传动比大、刚性好,广泛应用于重载机器人。然而,RV存在小背隙问题,且难以小型化。尽管市面上有小型RV减速机出现,但尚未大规模应用。此外,单独的摆线减速机,如住友的C系列与D系列,也未包括行星齿轮。

今天要介绍的这款减速机基于谐波原理的变种,称为“双钢轮谐波”。最初在HD的手册中被提及,被称为“差动齿轮”。常见的谐波减速机中,柔轮有杯型与礼帽型之分。双钢轮谐波中,第一个刚轮与柔轮的原理与常规谐波一致,刚轮比柔轮多两个齿,转轴旋转一圈时,柔轮反向转动两个齿。不同之处在于,双刚轮谐波的柔轮采用直筒型设计,取消了法兰来带动输出端,因此引入了第二个刚轮,其齿数与柔轮相同,确保柔轮转动角度与第二个刚轮相对应。然而,该产品在国内较少销售,手册推荐并未提及机器人应用,且HD提供的组合型与组件型产品缺乏交叉滚子轴承或其他主轴承,不便于直接受力,因此在机器人领域的使用并不方便。

近年来,住友宣布开始生产一种特别的谐波减速机,通过改良HD的产品,使其更便于应用。这款产品重量轻、体积小、扭矩大,相比HD的FD系列,住友加入了交叉滚子轴承,使用户可以将其作为标准的中空谐波减速机使用。通过查看产品图片,可以发现直筒柔轮的设计与波发生器的差异,以及柔轮直筒结构的稳定性。了解这些细节后,我决定对这款减速机进行拆解,以进一步深入学习。

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