谐波齿轮与摆线针轮
工业机器人基础复习题知识讲解
1、机器人安应用类型可以分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。
2﹑机器人按照控制方式可分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。
3、工业机器人的坐标形式主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。
4、直角坐标机器人的工作范围是长方形形状；圆柱坐标机器人的工作范围是圆柱体形状；球坐标机器人的工作范围是球面一部分状。
5、工业机器人的参考坐标系主要有关节坐标系、工具参考坐标系、全局参考系坐标系。
6、工业机器人的传动机构是向手指传递运动和动力，该机构根据手指的开合动作特点可以分为回转型和移动型。
7、吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为磁吸附和气吸附两种。
8、气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作。
按形成压力差的方法，可分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附几种。
9、手臂是机器人执行机构的重要部件，它的作用是支待手腕并将被抓取的工件运送到指定位置上，一般机器人的手臂有3个自由度，即手臂的伸缩升降及横向移动、回转运动和复合运动。
10、机器人的底座可分为固定式和移动式两种。
11、谐波齿轮传动机构主要有柔轮、刚轮和波发生器三个主要零件构成。
12、谐波齿轮通常将刚轮装在输入轴上，把柔轮装在输出轴上，以获得较大的齿轮减速比。
13、机器人的触觉可以分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉五种。
14、机器人接触觉传感器一般由微动开关组成，根据用途和配置不同，一般用于探测物体位置，路径和安全保护。
二、选择题1、世界上第一台工业机器人是（B ）A、VersatranB、UnimateC、RoombaD、AIBO2、通常用来定义机器人相对于其它物体的运动、与机器人通信的其它部件以及运动部件的参考坐标系是（ C ）A、全局参考坐标系B、关节参考坐标系C、工具参考坐标系D、工件参考坐标系3、用来描述机器人每一个独立关节运动参考坐标系是（ B ）A、全局参考坐标系B、关节参考坐标系C、工具参考坐标系D、工件参考坐标系4、夹钳式取料手用来加持方形工件，一般选择（A ）指端。
摆线轮减速机与谐波减速机
摆线轮减速机与谐波减速机英文名称：harmonic gear drive 定义：主要由谐波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成，谐波传动减速器，是一种靠谐波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。
齿轮传动（三级学科）谐波齿轮传动减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。
右图1示出一种最简单的谐波传动减速器基本结构，图2表示谐波传动工作原理图。
最简单的谐波减速器(2张)它主要由三个基本构件组成：（1）带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮），它相当于行星系中的中心轮；（2）带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮），它相当于行星齿轮；（3）波发生器H，它相当于行星架。
作为减速器使用，通常采用谐波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。
波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮1的内壁相互压紧。
4主要优点编辑(1)传动速比大。
单级谐波齿轮传动速比范围为70~320，在某些装置中可达到1000，多级传动速比可达30000以上。
它不仅可用于减速，也可用于增速的场合。
(2)承载能力高。
这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多，双波传动同时啮合的齿数可达总齿数的30%以上，而且柔轮采用了高强度材料，齿与齿之间是面接触。
(3)传动精度高。
这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多，误差平均化，即多齿啮合对误差有相互补偿作用，故传动精度高。
在齿轮精度等级相同的情况下，传动误差只有普通圆柱齿轮传动的1/4左右。
同时可采用微量改变波发生器的半径来增加柔轮的变形使齿隙很小，甚至能做到无侧隙啮合，故谐波齿轮减速机传动空程小，适用于反向转动。
(4)传动效率高、运动平稳。
由于柔轮轮齿在传动过程中作均匀的径向移动，因此，即使输入速度很高，轮齿的相对滑移速度仍是极低(故为普通渐开线齿轮传动的百分之—)，所以，轮齿磨损小，效率高(可达69%~96%)。
又由于啮入和啮出时，齿轮的两侧都参加工作，因而无冲击现象，运动平稳。
摆线针轮减速机工作原理
摆线针轮减速机工作原理知乎摆线针轮减速机是一种广泛应用于工业传动领域的减速设备，以其高效、稳定、低噪音等特点受到广大用户的青睐。
本文将对摆线针轮减速机的工作原理进行详细介绍，以期帮助读者更深入地理解其内在的运行机制，从而更好地应用和维护这一设备。
一、摆线针轮减速机的结构摆线针轮减速机主要由输入轴、输出轴、针齿壳、摆线轮、行星轮、轴承和箱体等部件组成。
其中，摆线轮和针齿壳是减速机的核心部件，通过它们的相互作用实现减速传动。
二、摆线针轮减速机的工作原理摆线针轮减速机的工作原理可以概括为“摆线运动与针齿啮合相结合”的传动方式。
具体过程如下：输入轴驱动：当输入轴旋转时，通过轴承和行星轮带动摆线轮进行旋转。
摆线运动：摆线轮在旋转过程中，其上的齿廓与针齿壳内的针齿相啮合。
由于摆线轮的齿廓形状特殊，使得摆线轮在绕自身轴线旋转的同时，还沿着针齿壳的内壁进行公转，形成摆线运动。
减速传动：摆线运动使得摆线轮上的齿廓不断与针齿壳内的针齿进行啮合和脱离，从而实现减速效果。
同时，行星轮与输出轴相连，通过摆线轮和行星轮的相互作用，将减速后的动力传递给输出轴。
输出轴输出：经过减速传动后，输出轴以较低的速度旋转，从而驱动负载进行工作。
三、摆线针轮减速机的优势分析。
摆线针轮减速机相较于其他类型的减速机，具有显著的优势，这些优势使得它在各种工业应用场景中脱颖而出。
以下是对摆线针轮减速机优势的详细分析：高效传动能力：高传动效率：摆线针轮减速机通过独特的摆线运动和针齿啮合设计，能够实现高达95%以上的传动效率，减少了能量的损失。
低摩擦损失：针齿和摆线轮之间的接触面积小，摩擦阻力小，从而减少了由于摩擦产生的热量和能量损失。
卓越的稳定性：精确控制：由于摆线运动的特性，减速机能够提供平稳且连续的动力输出，使得精确控制变得容易。
长寿命：摆线针轮减速机经过精密设计和制造，其关键部件如摆线轮和针齿壳经过特殊处理，具有长寿命和低维护要求。
低噪音和低振动：静音设计：摆线针轮减速机的结构设计和制造工艺都致力于降低噪音，使得它在需要低噪音环境的应用中表现出色。
行星齿轮传动比分析与计算
行星齿轮传动比分析与计算一、行星轮系传动比的计算 （一）行星轮系的分类若轮系中，至少有一个齿轮的几何轴线不固定，而绕其它齿轮的固定几何轴线回转，则称为行星轮系。
行星轮系的组成：行星轮、行星架（系杆）、太阳轮 （二）行星轮系传动比的计算以差动轮系为例（反转法） 转化机构（定轴轮系） T 的机构1234差动轮系：2个运动行星轮系：，对于行量轮系：H H W W W -=111W H H W W W -=222W H H W W W -=333W 0=-=H H H H W W W H W 13313113)1(Z Z W W W W W W i H HH H H⋅'-=--==03=W 1310Z Z W W W H H-=--11311+==Z Z W W i H H )(z f W W W W W W iH B H A H BH A HAB=--==0=B W∴∴例12.2：图示为一大传动比的减速器，Z 1=100，Z 2=101，Z 2'=100，Z 3=99。
求：输入件H 对输出件1的传动比i H1解：1，3中心轮；2，2'行星轮；H 行星架 给整个机构（-W H ）绕OO 轴转动∵W 3=0∴∴若Z 1=99行星轮系传动比是计算出来的，而不是判断出来的。
AHHA H H A H AB i W WW W W i -=-=--=110HAB AH i i -=1213223113)1('⋅⋅⋅-=--=Z Z Z Z W W W W i H HHH H Hi Z Z Z Z W W W 13213210'=--H H i Z Z Z Z W W 13213211'=+-HH i i 131100100991011⨯⨯-=100001001009910111111=⨯⨯-==HH i i 1001-=H i（三）复合轮系传动比的计算复合轮系：轮系中既含有定轴轮系又含有行星轮系，或是包含由几个基本行星轮系的复合轮系。
谐波齿轮——精密制造作业
一、简述谐波齿轮的原理及特点。
1、谐波齿轮的原理谐波齿轮传动的运动转换，是依靠挠性构件的弹性变形来实现的，这种运动转换原理为变形原理。
主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成，是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。
柔轮是一个薄壁外齿圈，刚轮有内齿圈，刚轮比柔轮多2~4个齿（这又因波形发生器上触轮的多少而异，双波型的为2），波发生器的一对滚子将柔轮撑成椭圆形，当波发生器为主动轮时，柔轮和刚轮为从动轮，柔轮上的外轮齿与刚轮上的内轮齿在椭圆形柔轮的长轴方向完全啮合，则柔轮的短轴方向完全脱开，而中间区域为过渡状态。
波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。
这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。
当波发生器顺时针旋转一周时，柔轮相对固定的刚轮逆时针旋转2个齿，这样就把波发生器的快速转动变为刚轮的慢速转动，这时在柔轮的节圆的任一点，随着波发生器角位移的过程，形成一个上下左右相对称的和谐波，故称之为：“谐波”。
(1)谐波发生器（简称波发生器）(2)柔性齿轮（简称柔轮）(3)刚性齿轮（简称刚轮）图一谐波齿轮2、谐波齿轮特点(一)优点(1)结构简单，体积小，重量轻。
主要构件只有三个，与传动比相当的普通减速器比较，其零件减少50%，体积和重量均减少1/3左右或更多。
(2)传动比范围大。
一般单级传动比可在50~500范围内变化；当采用行星式波发生器时为150~4000；若采用双级传动或复式传动则可达2×106。
(3)同时啮合齿数多。
在承载情况下，双波传动的啮合齿数一般可达总齿数的30~40%左右，三波传动则更多。
而普通渐开线圆柱齿轮同时啮合的齿数一般为两对左右，即重叠系数小于2。
(4)运动精度高。
谐波齿轮介绍
d f 2 d f 2 d a2 2.3m d f 2 d a2 2.05m
0
当 hn
1.6m
时，与
* 0
1.1 ~
0.85 相对应
刚轮的齿顶圆和齿根圆 直径是根据在齿轮啮入 深度处保证有必要的径 向间隙以及消除过度曲 线干涉的条件下确定的
采用 0 30 压力角
的柔轮之节圆压力角应为19 ~ 31
inv M 2
inv 0
2 z2
dp db2
2z2
在远上的渐
开线压力角
测量柔轮时 用的量柱测
量距
M1
M
1
M1
d1
cos 0 cos M1
d1
cos 0 cos M 1
cos
d p (偶数齿)
90 z1
d p (奇数齿)
inv20 0.014904 inv30 0.053751
测量刚轮时 用的量柱测
代号
计算公式
0 20
0 30
备注
齿顶高系数 ha* ha* 1.0
ha* 0.8
顶隙系数
c* c* 0.25
c* 0.2
柔轮变位 系数
x1 对于柔性轴承已按标准选定的，
x1
0.5(Db
2 )
r1 m
(ha*
c* )m
x1 2.15 0.009z1
x1 0.15
Db --柔性轴承的外径；
柔轮基圆 直径
db1 db1 mz1 cos 0
柔轮分度圆 d1 d1 mz1
直径
柔轮分度圆 s1 s1 0.5m 2x1m tan 0
齿厚
时，柔轮中应力有所减 小
刚轮基圆 直径
研究性学习报告(模板)1
金陵科技学院《机械设计基础》研究性学习报告学院：机电工程学院班级： 09机械（3）班指导教师:姜小菁得分：研究性学习报告研究课题名称研究小组成员结构姓名学号项目分工小组评分组长组员研究报告由一对齿轮组成的机构是齿轮传动的最简单形式。
在工程实际中，为了满足各种不同的工作要求，经常采用若干个彼此啮合的齿轮进行传动。
这种由一系列齿轮组成的传动系统称为轮系。
它通常介于原动机和执行机构之间，把原动机的运动和动力传给执行机构。
其应用功用也非常显著。
主要的有以下几个方面：（1）可以获得较大的传动比，而且结构紧凑；（2）可以做较远距离的传动；（3）可以实现变速传动要求；（4）可以改变从动轴的回转方向；（5）可以实现运动的合成与分解；（6）在尺寸及重量较小时，实现大功率传动。
轮系的研究与制造不仅在现代得到了广泛的应用，早在远古时期就被人们所制造及使用，众所周知的便是记里鼓车与指南车。
记里鼓车发明于西汉初年，外形为一辆车子，车上设两个木人及一鼓一钟，木人一个司击鼓，一个司敲钟。
车上装有一组减速齿轮，与轮轴相连。
车行一里时，控制击鼓木人的中平轮正好转动一周，木人便击鼓一次；车行１０里时，控制敲钟木人的上平轮正好转动一周，木人便敲钟一次。
坐在车上的人只要聆听这钟鼓声，就可知道车已行了多少路程。
这种机械装置的科学原理与现代汽车上的里程表基本相同。
燕肃的指南车是一辆双轮独辕车，车上立一木人，伸臂指南。
车中，除两个沿地面滚动的车轮外，尚有大小不同的7个齿轮。
由齿数、转动数，并保证木人指南的目的，可见古人掌握了关于齿轮匹配的力学知识和控制齿轮离合的方法。
车轮转动，带动附于其上的垂直齿轮，该附轮又使与其啮合的小平轮转动，小平轮带动中心大平轮。
指南木人的立轴就装在大平轮中心。
当车转弯时，车辕会自动控制车上的离合装置，即竹绳、滑轮和铁坠子，就可以控制大平轮的转动，从而使木人指向不变。
按照自动控制系统来分析就是车辆转弯时，齿轮系就要补偿车辆转弯带来的方向转动，按照自动控制系统的术语来讲指南车系统就是一个前馈控制。
世界上最精密的减速器制造商——日本Nabtesco和HarmonicDrive
世界上最精密的减速器制造商——日本Nabtesco和HarmonicDrive减速器，大家可能都不太清楚是什么东西，说简单点，就是让转子的转动速度变慢的机器。
这种机器应用很广泛，例如汽车的变速箱、数码相机镜头、船舶推进螺旋桨、高精度加工机床等等，最近火起来的应用是工业机器人，其关节处需要大量使用到减速器。
今天咱们就来聊聊世界上最精密的减速器制造商——日本Nabtesco和HarmonicDrive。
变速箱目前主流的减速器分为RV（Rotate Vector旋转矢量）减速器和谐波齿轮减速器两种。
前者被日本ナブテスコ株式会社 - Nabtesco纳博特斯克垄断，后者被日本HarmonicDrive哈默纳科垄断，包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。
其中HarmonicDrive哈默纳科在工业机器人关节领域拥有15%的市场占有率，Nabtesco纳博特斯克拥有60%。
也就是说，目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本垄断，剩余25%被德国、意大利、美国等瓜分。
Nabtesco纳博特斯克HarmonicDrive哈默纳科RV减速器由摆线针轮和行星支架组成，其体积小、抗冲击力强、扭矩大、定位精度高、振动小、减速比大，被广泛应用于工业机器人、机床、医疗检测设备、卫星接收系统等领域。
工业机器人RV减速器具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，包括我国在内的许多国家的机器人传动系统多采用RV减速器。
其可用于各种场景，可耐受高功率、长时间使用，一般将其放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置。
RV减速器RV减速器谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮和使柔轮发生径向变形的谐波发生器组成。
这是一种新型传动结构，其利用柔性齿轮产生可控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动。
谐波齿轮减速器谐波齿轮减速器谐波齿轮减速器这种传动与一般的齿轮传递具有本质上的差别，在啮合理论、集合计算和结构设计方面具有特殊性。
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一、谐波齿轮传动
1.结构：
谐波齿轮传动是谐波齿轮行星传动的简称。是一 种少齿差行星传动。通常由刚性圆柱齿轮G、柔性圆 柱齿轮R、波发生器H和柔性轴承等零部件构成。
柔轮和刚轮的齿形有直线三角齿形和渐开线齿形 两种，以后者应用较多 。
谐波齿轮传动构成图例：
2.运动原理：
3.传动比计算：
n2 nH n2 nH Z1 i i2 H 1 n1 nH 0 nH Z2
H 21
i2 H
Z1 Z1 Z 2 1 Z2 Z2
1 i2 H Z2 Z1 Z 2
iHV iH 2
单齿差传动时，Z1 - Z 2 =1 故，iHV Z 2
5.单级谐波齿轮常见的传动形式
刚轮固定—柔轮输出
柔轮固定—刚轮输出 波发生器固定—刚轮输出
i
G HR
ZR ZG Z R
i
R HG
ZG ZG Z R
i
H RG
ZG ZR
6.波发生器种类
凸轮式
滚轮式
偏心盘式
7.谐波齿轮的典型结构
双波单级谐波齿轮减速器
二、摆线针轮传动
1.结构：
ZG ZR
谐波齿轮传动中，刚轮的齿数 zG 略大于柔轮的齿数 zR 。 谐波齿轮的齿数差应等于波数或波数的整数倍。 波发生器的长度比未变形的柔轮内圆直径大：当波发生 器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状， 使其长轴处柔轮轮齿插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合 状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态。 由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态。 当波发生器连续转动时：迫使柔轮不断产生变形，使两 轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变 各自的工作状态，产生了所谓的错齿运动，从而实现了主 动波发生器与柔轮的运动传递。
由系杆H、行星轮2（摆 线齿轮）、中心轮1（内 齿针轮）和输出机构V组 成的K-H-V型行星轮系。
摆线针轮传动示意图
2.短幅摆线形成：
短幅外摆线
普通幅外摆线
长幅外摆线
对于给定的针轮 及中心距，一个摆线 轮与之正确啮合的必 要 条 件 为 ： e=e′ ， 即 针轮与摆线轮的中心 距必须等于短幅摆线 的偏心距。事实上， 该条件也是摆线针轮 正确啮合的充分条件。
4.摆线针轮的类型：
一齿差摆线针轮行星传动啮合图
二齿差摆线针轮行星传动啮合图
4.摆线针轮的类型：
三齿差摆线针轮行星传动啮合图
负一齿差摆线针轮行星传动啮合图
3.传动比：（以刚轮固定，柔轮输出为例）
Zg nr nH nr nH i irH 1 ng nH 0 nH Zr
H rg
irH 1
Zg Zr
Z g Zr Zr
实际上，运动是从波发生器输入的，减速器的传动比 为：
iHr
1
irH
Zr Z g Zr
iHr
1 irH
Zr Z g Zr
波发生器的旋转方 向与柔轮的转动方 向相反。
4.特点
谐波齿轮传动既可用做减速器，也可用做增速器。 柔轮、刚轮、波发生器三者任何一个均可固定，其余 二个一为主动，另一个为从动。 传动比大，且外形轮廓小，零件数目少，传动效率 高。效率高达92％~96％，单级传动比可达50~400。 承载能力较高：柔轮和刚轮之间为面接触多齿啮合， 且滑动速度小，齿面摩损均匀。 柔轮和刚轮的齿侧间隙是可调：当柔轮的扭转刚度 较高时，可实现无侧隙的高精度啮合。 谐波齿轮传动可用来由密封空间向外部或由外部向 密封空间传递运动。