谐波传动机构与行星齿轮传动机构的比较分析

电动机是高转速、低力矩的驱动器，在机器人中要用减速器变成低转速、高力矩的驱动器。

机器人对减速器的要求如下：

1）运动精度高、间隙小，以实现较高的重复定位精度。

2）回转速度稳定、无波动，运动副间摩擦小、效率高。

3）体积小，重量轻，传动转矩大。

减速器减速比n的选择应当能最大限度地利用电动机功率，即机械阻抗匹配。减速比的计算公式为

从现有的工业机器人来看，所选的电动机功率总是偏大，减速比也过大。当减速比大时，工作臂的惯性对电动机影响小，但电动机速度容易饱和；当减速比小时，工作臂运动的反作用力对电动机影响大，这需要进行机构的动力学计算。

在工业机器人中，比较合乎要求且常用的减速器是行星齿轮机构和谐波传动机构。

如图3-55所示为行星齿轮传动机构简图。行星齿轮传动尺寸小，惯量低；一级传动比大，结构紧凑；载荷分布在若干个行星齿轮上，内齿轮也具有较高的承载能力。

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图3-54 机械阻抗匹配

图3-55 行星齿轮传动机构简图

谐波传动在运动学上是一种具有柔性齿圈的行星传动。但是，它在机器人上的应用比行星齿轮传动更加广泛。如图3-56所示是谐波传动机构简图。谐波发生器4转动，使柔轮6上的柔轮齿7与圆形花键轮（刚轮）1上的齿2相啮合。输入轴为3，如果刚轮1固定，则轴5为输出轴；如果轴5固定，则3为输出轴。

图3-56 谐波传动机构简图

1—刚轮 2—刚轮齿 3—轴 4—谐波发生器 5—轴 6—柔轮 7—柔轮齿

谐波传动的优点是：尺寸小、惯量低；因为误差均布在多个啮合点上，传动精度高；因为预载啮合，传动侧隙非常小；因为多齿啮合，传动具有高阻尼特性。

谐波传动的缺点是：柔轮的疲劳问题；扭转刚度低；以输入轴速度2、4、6倍的啮合频率产生振动；与行星传动相比，谐波传动具有较小的传动间隙和较轻的重量，但是刚度差。

谐波传动机构在机器人技术比较先进的国家已得到了广泛的应用，日本60%的机器人驱动装置采用了谐波传动。