《工业机器人技术基础》课件-3.认识工业机器人机械系统

工业机器人技术基础航空工业出版社认识工业机器人机械系统项目三目录01任务一

工业机器人的机座02任务二

工业机器人的末端执行器03任务三

工业机器人的腕部04任务四

工业机器人的臂部05任务五

工业机器人的传动机构工业机器人大都并非呈现人类形态，更多以机械手臂的形式存在。常见形态非类人化机械系统相当于机器人的“骨骼”和“肌肉”，是动作实现基础，包含机座、末端执行器等，可配行走机构扩范围。机械系统核心构成这些精密机械结构是现代制造业基石，助力我国从制造大国向制造强国迈进。制造业升级关键支撑通过学习深刻认识掌握核心技术的重要性，为实现科技自立自强贡献自身力量。核心技术学习的使命项目概述工业机器人的机座任务一任务导入任务描述通过观察，小梁发现工业机器人都安装在机座上。那么工业机器人的机座有什么作用？又有哪些分类方式呢？本任务小梁将学习工业机器人机座的相关知识。任务目标1.了解工业机器人机座的作用。2.了解工业机器人机座的分类。3.能判断工业机器人机座的类型。4.培养学生主动思考、勇于探索的品格，为将来投身智能制造事业打下基础。机座的定义与安装关系工业机器人需便于安装的机座（图3-1-1），必须安装在机座上，机座常与机身一体，机身连臂部并支承臂部，臂部支承腕部和手部。机座的主要作用机座作为整个工业机器人的支撑部分，其主要作用是确定和固定机器人的位置、支撑整个机器人及工作载荷，因此机座需要具备一定的刚度和稳定性。一、机座的作用任务实施二、机座的分类固定式机座及对应机器人固定式机座包含工作台架安装、直接地面安装等形式，对应工业机器人为固定式机器人移动式机座及对应机器人移动式机座分为固定轨迹式和无固定轨迹式，对应工业机器人为移动式机器人（一）固定式机座030201固定式机座一般使用铆钉、螺栓等连接件，固定在地面或者工作台架上，有的也固定在横梁上。核心固定方式相当于机器人躯干，支承臂部、腕部及末端执行器，决定运行精确度与可靠性。核心支承功能适配作业范围固定、稳定性要求极高的工业场景，如汽车发动机装配线的定点精确装配环节。适配作业场景1.直接地面安装通常将底板埋入混凝土中，或采用地脚螺栓实现固定安装固定方式01必须具备足够稳固性，可承受机器人负载工作时产生的反作用力底板稳固性要求02底板与机器人机座之间，采用高强度螺栓完成连接机座连接规范032.工作台架安装机器人通过工作台架进行安装和固定时，与机器人机座直接安装在地面上的要领基本相同。机器人机座与工作台架用高强度螺栓固定连接，而工作台架与底板用高强度螺栓固定连接。3.横梁倒挂安装有时受空间限制或因工作需求，工业机器人也可倒挂安装在横梁上，此时，机座运用螺栓安装在横梁上。机器人机座与底板用高强度螺栓固定连接。（二）移动式机座作为移动式机器人的重要执行部件，它由驱动装置、传动机构、位置检测元件、传感器、电缆及管路等组成核心组成构成按行走机构运动轨迹是否固定，工业机器人可分为固定轨迹式和无固定轨迹式两类行走机构行走机构分类一方面支承机器人的机身、臂部和手部；另一方面带动机器人按照工作任务的要求完成移动双重核心功能1.固定轨迹式行走机构机座装于可移动拖板座，靠丝杠螺母驱动，带动机器人沿丝杠轴向移动，为多数移动式机器人行走方案。横梁式占地小、空间利用率高；导轨式占地大，适用于重载、大作业区结构驱动逻辑两类形式特性对比主要分为横梁式移动和导轨式移动两种，分别适配不同的工业作业场景需求。主流应用形式2.无固定轨迹式行走机构按结构特点可分为轮式、履带式、关节式（足式）行走机构，是当前应用的核心类型。主流三类核心结构轮式、履带式与地面连续接触，技术成熟，多用于野外、大型作业场景；关节式为间断接触，类生物腿脚结构，复杂场景适应性更强。两类接触模式差异还衍生出蠕动式、混合式、蛇形等特殊步行机构，适配管道、台阶等难接近的作业场合。特殊场景衍生机构工业机器人的末端执行器任务二任务导入任务描述小梁了解到，工业机器人的末端执行器又称手部。他不禁想：人手的作业功能大致可分为“抓取”和“操作”两类，其中抓取又分为捏、夹、握三种形式，每种形式又具有多种形态。工业机器人的末端执行器能完成这么细致的作业吗？本任务小梁将学习工业机器人的末端执行器的相关知识。任务目标1.了解工业机器人末端执行器的定义及特点。2.熟悉工业机器人末端执行器的分类。3.能区分各类工业机器人末端执行器。4.提升学生观察能力，锤炼其扎实专业素质，树立服务智能制造产业的职业意识。在高温、有毒、高危等特殊环境中，末端执行器作业能力优于人手。场景优势核心作用工业机器人操作靠末端执行器，其结构功能影响任务处理能力与效率本质定位工业机器人末端执行器装于手腕，用于夹持工件或让工具作业一、工业机器人末端执行器的定义及特点任务实施（一）末端执行器的定义（二）末端执行器的特点多为专用装置，通常仅能执行单一任务，通用性弱。通用性受限可按需定制，采用夹具、吸盘、钳子等适配不同工业场景。形式多元化可快速更换，适配不同工件，实现生产线布局及流程灵活调整。换型效率高1.通用性弱但灵活性好2.精度较高且可拆卸可实现高精度定位和控制工件位置与姿态，保障稳定、高质量生产高精度定位与腕部设机械/电液气接口，作业时可方便拆卸和更换末端执行器便捷拆换适配可用Creo建模，借AltairInspire做拓扑优化与强度校核，兼顾工艺获最优方案轻量化结构优化3.结构复杂但自动化程度高既可以是带手指的似人手爪，也可以是喷枪、焊枪等作业工具，结构形态灵活复杂01结构形态丰富多样可与机器人控制系统无缝集成，实现自动化生产，有效提升生产效率与产品质量02自动化集成赋能生产搭载安全传感器与控制系统，能实现安全保护，避免机器人与人员或设备碰撞引发意外03安全防护保障作业二、工业机器人末端执行器的分类夹持式末端执行器又称夹钳式末端或夹钳式取料手，是工业机器人常用末端执行器，广泛应用于搬运、装配流水线，通过手爪开闭夹持工件，实物见图3-2-1。（一）夹持式末端执行器夹持式末端执行器一般由手指（手爪）、驱动装置、传动机构、连接支架组成，如图3-2-2所示。手指是直接接触工件的部件，通过张开与闭合实现工件的松开和夹紧。机器人手部手指数量通常为两个，也有三个、四个或五个，结构取决于被夹持工件的形状和特性。指端是手指直接接触工件的部位，结构取决于工件形状，常用手指有以下类型。1.V形指固定V形指（图3-2-3（a））适用于夹持圆柱形工件，夹紧平稳可靠、误差小，也可用滚柱代替其工作面；滚柱V形指（图3-2-3（b））能快速夹持旋转中的圆柱体；可浮动式V形指（图3-2-3（c））有自定位能力、与工件接触好，但浮动件不稳定，需固定支承承受外力，应设计成可自锁结构。2.平面指3.尖指和长指4.特形指平面一般用于夹持方形工件、方形板或细小棒料，如图3-2-4（a）所示。尖指用于狭窄处细小工件，长指用于炽热工件，避免障碍与热辐射，如图3-2-4（b）所示。。特形指用于夹持不规则工件，需设计与工件形状适配的专用特形手指，如图3-2-4（c）所示。工业机器人末端执行器的驱动与传动系统驱动装置为传动机构供能，常见气动等形式，气压驱动气爪可使手爪张合。驱动装置类型与气爪原理回转型与平移型传动机构，一般由连杆、斜楔、滑槽、齿轮齿条、蜗轮蜗杆等机构组成。传动机构核心构成驱动源经传动机构使手指开合产生夹紧力，分回转型和平移型。传动机构按运动方式分类（二）吸附式末端执行器核心取料逻辑依靠吸附力抓取物料，适配大平面、易碎（玻璃、磁盘）及微小物体，应用场景覆盖面广。两大主流类型按吸附力分为气吸附式与磁吸附式，气吸附适配轻质光滑物料，磁吸附针对金属材质工件。典型行业应用广泛应用于医药、食品、金属加工等行业，承担码垛、薄板上下料等核心作业任务。1.气吸附式末端执行器气吸附式末端执行器以轻型塑胶或塑料皮碗吸盘，抽空密封型腔空气产生负压吸力，抓取搬运物体。定义与原理由吸盘、吸盘架及进排气系统组成，结构简单、轻便易用，无损工件，对精度要求不高。组成与特点适用于非金属或无剩磁材料吸附；要求工件与吸盘接触面光洁，工件材质致密无空隙。应用与限制真空由真空泵或真空装置产生，取料时碟形橡胶吸盘接触物体表面，边缘起密封缓冲作用，抽气吸料，放料时接通大气消除真空。真空吸盘01取物时，压缩空气经喷嘴使吸盘腔形成负压完成取物；释放时切断压缩空气即可。气流负压吸盘02取料时末端执行器下移，吸盘压向工件，橡胶吸盘形变排气形成负压吸住工件；释放时借助碰撞力或电磁力使吸盘腔通大气失负压，吸附力和时间有限。03挤压排气吸盘利用正压气源产负压的新型真空元器件，可在特定气动系统中获负压，配合吸盘实现物料吸附搬运，仅适用于抽气量小、真空度要求不高的间歇工作场合。04真空发生器2.磁吸附式末端执行器磁吸附式末端执行器是利用磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附工件，适用于金属物件，且不会破坏被吸工件表面。其实物如图3-2-10所示。磁吸附式末端执行器特性与分类吸力大、对表面要求低，但仅吸铁磁材料，超723℃失效，有剩磁，应用受限特性对比与应用局限按磁力来源分为永磁体、电磁铁末端执行器，电磁铁分交流、直流两类，永磁体需强迫取工件。磁力来源分类通电磁阻、电感、电流大，断电吸力消失，需算参数并选系数电磁铁工作与设计要点（三）专用末端执行器工业机器人是通用性强的自动化设备，配专用末端执行器可完成各类作业，如装焊枪成焊接机器人、装拧螺母机成装配机器人等。目前有多种由专用电动、气动工具改型的末端执行器，如拧螺母机、焊枪等，形成系列部件供选用，让机器人胜任多种工作。（四）仿生机器人末端执行器大部分工业机器人末端执行器仅有两个无关节手指，无法对复杂形状物体实施夹持与操作传统工业末端执行器局限仿生末端执行器核心优势能像人手一样完成各类复杂作业，例如精密装配作业，弥补传统执行器的功能短板仿生末端执行器两大类型主要分为柔性手和仿生多指灵巧手两类，适配不同复杂作业场景需求柔性手可抓取不同外形物体，使物体表面受力均匀。图3-2-13为多关节柔性手，手指由多关节串接而成，传动部分由牵引钢丝绳及摩擦滚轮组成，分紧握、放松状态，可均匀受力抓取凹凸物体。1.柔性手机器人末端执行器和腕部的仿生形式即模仿人的多指灵巧手。多指灵巧手有多根手指，每根手指有三个回转关节，各关节自由度独立控制，几乎能模仿人手指的各类复杂动作，如图3-2-14所示。2.仿生多指灵巧手工程师手记工具快换装置为了提高生产效率、降低生产成本，部分机器人工作站需要承担多种不同的生产任务，在作业时需要自动更换不同的末端执行器。机器人工具快换装置是一种用于机器人快速更换末端执行器的装置，可以在数秒内快速更换不同的末端执行器，使机器人具有更高的柔性和高效，因此被广泛应用于自动化行业的各个领域。在部分重要应用场景中，工具快换装置能够提供备份工具，有效避免意外事件。相对于人工更换工具需要数小时，工具快换装置自动更换备用工具仅需数秒。工业机器人的腕部任务三任务导入任务描述小梁看到机器人的腕部，不禁想到人的手腕，随即推想出机器人手腕的作用。那么，工业机器人的腕部能做哪些动作？它又是如何运动自如的呢？本任务我们将一同学习工业机器人的腕部的相关知识。任务目标1.了解工业机器人腕部的定义及作用。2.掌握工业机器人腕部的运动形式。3.熟悉工业机器人腕部的分类。4.能识别工业机器人腕部的驱动方式。5.培养学生独立思考与综合分析问题能力的同时，树立勇于探索、敢于创新的科学精神，为推动我国机器人技术发展贡献力量。一、工业机器人腕部的定义及作用工业机器人腕部是连接末端执行器与臂部、用于支撑和调整末端执行器的部件，可助其呈现期望姿态、扩大臂部运动范围、增加自由度，通常有2或3个独立自由度。部分机器人无腕部，多数腕部由R形、T形关节配置组成。任务实施二、工业机器人腕部的运动形式工业机器人腕部运动模拟人腕部运动，回转效果有臂转、手转、腕摆三种（如图3-3-1所示）。臂转即绕小臂轴线旋转；手转即末端执行器绕自身轴线旋转；腕摆即末端执行器相对臂部摆动。臂转、手转时腕部翻转；腕摆时腕部俯仰或偏转。腕部具备翻转、俯仰、偏转（RPY）能力，部分腕部还可通过线性关节L实现直线移动。图3-3-2为工业机器人腕部坐标系。三、工业机器人腕部的分类（一）单自由度腕部如图3-3-3所示，单自由度手腕可分为以下三种。1.单一的翻转功能腕部关节轴线与手臂的纵轴线共线结构轴线特征该翻转运动通过翻转关节（R型关节）实现功能实现载体回转角度不受结构限制，可实现360°以上回转回转角度优势2.单一的俯仰功能腕部关节轴线与臂部及手部的轴线相互垂直01轴线关系回转角度受结构限制，通常小于360°02角度限制该运动由弯转关节（B型关节）实现03实现关节3.单一的偏转功能腕部关节轴线与臂部及手部的轴线在另一方向上相互垂直，构建独特运动基础。轴线垂直布局偏转运动的转角受结构限制，通常小于360°，无法完成完整圆周动作。转角范围受限该单一偏转功能依靠折曲关节（B型关节）实现，由关节结构特性主导动作完成。运动实现依托（二）二自由度腕部二自由度腕部可由R+B关节组成BR腕部、两个B关节组成BB腕部，如图3-3-4（a）（b）所示；不能由两个共轴线R关节组成RR腕部（如图3-3-4（c）），此类腕部因两R关节功能重复，实际为单自由度腕部。（三）三自由度腕部R、B关节构成的三自由度腕部有多形式，可实现臂转、手转、腕摆功能。主流结构形式图3-3-5：(a)BBR腕部可RPY运动；(b)BRR腕部需配竖直R关节；(c)RRR腕部可RPY运动；(d)BBB腕部退化为二自由度。

自由度配置要求腕部自由度选型需结合机器人通用性、工作性能、工艺要求等，驱动方式分液（气）压缸驱动和机械传动两类。选型与驱动分类（一）直接驱动直接驱动指驱动器装在腕部运动关节附近，直接驱动关节运动。该方式刚度高，但腕部尺寸、质量及惯量大。驱动器直接装在腕部，关键是设计加工出大转矩、高性能的驱动电机或液压马达。四、工业机器人腕部的驱动方式（二）远程驱动远程驱动指将驱动器装在机器人臂部远端或机座，经传动机构间接驱动腕部关节。其腕部紧凑、质轻，利于提升机器人整体性能，但传动设计复杂、刚度低。智造视窗工业机器人的柔性腕部在用工业机器人进行的精密装配作业时，当被装配零件之间的配合精度相当高时，由于被装配零件的不一致性，工件的定位夹具、机器人手爪的定位精度无法满足装配要求，从而导致装配困难。这就要求工业机器人在执行装配动作时具有柔性。柔性装配技术有主动柔性装配和被动柔性装配两种。1.主动柔性装配从检测、控制的角度来讲，采取各种不同的检测方法，可以实现边校正边装配。例如，在手爪上安装视觉传感器、力传感器等检测元件，这种柔性装配技术称为“主动柔性装配”。主动柔性腕部需配备一定功能的传感器，因此成本较高。2.被动柔性装配从机械结构的角度而言，在腕部配置一个柔性环节，以满足柔性装配的需求，这种柔性装配技术称为“被动柔性装配”。被动柔性腕部结构比较简单，成本较低，装配速度快。相比主动柔性装配技术，它要求装配件要有一定倾角，允许的校正补偿量受到倾角的限制，且轴孔间隙不能太小。工业机器人的臂部任务四任务导入任务描述前文学习了工业机器人的末端执行器和腕部结构，本任务中，小梁该学习工业机器人臂部的相关知识。任务目标1.了解工业机器人臂部的定义与作用。2.熟悉工业机器人臂部的分类与特点。3.掌握工业机器人臂部的组成与运动。4.能区分工业机器人臂部的配置与驱动。5.培养学生专注敬业、精益求精的职业品格，为制造业高质量发展贡献力量。一、工业机器人臂部的定义与作用是连接机身和腕部的关键部件，构成工业机器人机械结构系统的核心环节支承腕部与末端执行器，带动其完成多轴运动，精准确定末端执行器空间位置，保障作业可达性涵盖液压驱动、气压驱动及应用最广泛的电机驱动三类，适配不同负载与作业精度需求010203核心定义与连接角色核心作业职能主流驱动方式任务实施二、工业机器人臂部的分类与特点单臂式臂部工业机器人常用结构，简单灵活，用于搬运等场景，如关节、SCARA型双臂式臂部两组臂可独立或协同运动，适精密装配，效率柔度高，但成本也高悬挂式臂部悬挂安装，占地小、范围大，适用于长距离搬运等场景，如直角坐标机器人（一）工业机器人臂部的分类1.按结构形式分类2.按运动形式分类分为单极型与伸缩型：单极型结构简单、刚度高；伸缩型由单极型嵌套而成，连接紧凑、伸缩比大、运动惯性小。移动型臂部由旋转关节连接，具备大工作范围与多自由度，适用于灵活多轴任务，运动形式含左右旋转、上下摆动等。旋转型臂部由两种运动形式复合而成，涵盖直线+旋转、双直线、双旋转运动复合等类型。复合型臂部（二）工业机器人臂部的特点一般由大臂、小臂（或多臂）组成，支撑腕部和手部，实现较大运动范围，运动由驱动与传动机构实现结构组成与核心功能总质量大，受力复杂；运动时承受腕部、末端执行器及工件的静、动载荷，高速运动易产生惯性力引发冲击，影响定位精度受力与载荷特性臂部的结构、工作范围、灵活性、抓重能力和定位精度，直接决定机器人的工作性质、运动形式及作业精度对整机性能的关键影响需满足刚度高、导向性好、重量轻、运动平稳且定位精度高的核心设计标准核心设计要求1.刚度高02工字形断面弯曲刚度优于圆断面，空心管的弯曲、扭转刚度高于实心轴，常用钢管作臂杆，工字钢、槽钢作支撑杆。可采用多重闭合的平行四边形连杆机构，替代单一刚度构件的臂杆，进一步提升臂部整体刚度。断面选型优化机构刚度升级012.质量轻通过优化臂部结构、加工工艺，减轻运动部分质量，降低臂部对回转轴的转动惯量，提升机器人运动速度。结构工艺优化直线运动多的机器人用镁/铝合金，高加速度需求的如喷涂机器人用碳玻璃纤维合成物，小型轻载机器人用热塑性塑料。材料精准适配3.运动平稳臂部运动速度高易引发惯性冲击，需设计紧凑、轻量化结构，从根源减小冲击，保障运动平稳与定位精度。惯性冲击控制采用弹簧与气缸等缓冲装置，抵消定位前的惯性冲击，进一步提升臂部运动平稳性，确保定位精度达标。缓冲装置应用三、工业机器人臂部的组成与运动关节型工业机器人臂部以肩关节、大臂、小臂、肘关节为核心，构成“两关节两臂杆”的基础机械结构。核心机械骨架配备适配伸缩、屈伸或自转等动作的传动装置，为臂部各类运动提供精准动力输出。运动驱动组件集成导向定位装置、支承连接件、位置检测元件及配管配线，确保臂部运行的稳定性与精准性。辅助保障部件（一）臂部的组成1.垂直运动垂直运动是指机器人臂部的上下运动，通常采用液压缸机构或通过调整机器人机身在垂直方向上的安装位置来实现。径向运动是指机器人臂部的伸缩运动，可使其臂部的工作范围发生变化。2.径向运动3.回转运动回转运动是指机器人绕铅垂轴转动，它决定了机器人臂部所能达到的角度和位置。（一）工业机器人臂部的配置场景适配原则四类核心形式0103根据作业环境、功能需求及场地限制选择对应配置，确保机器人作业高效与布局合理。涵盖横梁式、立柱式、机座式、屈伸式四种，基本反映机器人总体布局，适配不同作业环境、功能与场地条件。02横梁式占地小空间利用率高，立柱式作业范围大，机座式可灵活移动，屈伸式具备平面与空间运动灵活性。各型关键特点四、工业机器人臂部的配置与驱动1.横梁式配置臂部为横梁式，用于悬挂臂部部件（见图3-4-1），分单臂、双臂悬挂式两种，具有占地小、空间利用率高、动作简单直观等优点。横梁可固定或移动，可装于厂房柱梁、相关设备或地面架设。臂部为立柱式的机器人，多采用回转、俯仰或屈伸运动形式。立柱式配置较常见，分单臂、双臂式，臂部一般可水平回转，占地小、工作范围大，立柱可固定于空地或机身，结构简单，可用于上下料、转运等工作，如图3-4-2所示。2.立柱式配置3.机座式配置臂部为机座式配置的机器人是独立完整装置，可随意放置搬动，也能沿地面专用轨道移动扩大活动范围。各类工业机器人臂部均可设计成机座式，其配置通常分为单臂回转式、双臂回转式和多臂回转式，如图3-4-3所示。当工业机器人的大臂与小臂间有相对运动时，该臂部称为屈伸臂。屈伸臂与机身的距离和屈伸方式影响其运动轨迹，屈伸式分为平面屈伸式（平面运动）和立体屈伸式（空间运动），如图3-4-4所示。4.屈伸式配置（二）工业机器人臂部的驱动臂部驱动有液压、气压、电机驱动三种，电机驱动最通用。主流驱动形式行程小时油（气）缸直驱；行程大可选传动方式，设导向防变形伸缩驱动方案俯仰靠油缸连杆摆动，回转升降用回转缸或气动马达俯仰回转驱动智造视窗中国空间站机械臂机械臂如同人的手臂一般，能够灵活、自由地舞动，工作在各个生产现场，上天入海，无处不在。你见过在太空中工作的机械臂吗？我国自主知识产权设计研发的空间站机械臂——“天和”机械臂，在太空可以实现类似人类手臂的运动，如在太空舱外辅助宇航员工作。“天和”机械臂具有7个自由度，工作时最长长度可达18m、直径约4m，可以在太空抓取物体，方便设备的对接、安装、变轨、分离等操作。工业机器人的传动机构任务五任务导入任务描述通过查找资料，小梁了解到工业机器人的驱动源通过传动部件来驱动关节的移动或转动，从而实现机身、手臂和手腕的运动。因此，传动部件是构成工业机器人的重要组成部分。本任务我们将一同学习工业机器人传动机构的相关知识。任务目标1.了解传动装置的定义。2.熟悉减速器、齿轮传动、行星齿轮传动、轴承传动、丝杠传动、同步带传动等传动方式。3.能识别和分辨各类传动方式。4.培养学生责任意识和进取精神，为推动我国机器人产业转型升级贡献力量。一、传动装置的定义及传动方式工业机器人通过传动装置驱动关节移动或转动，实现机身、臂部和腕部运动。其传动装置原理与一般机械设备大致相同，传动比决定驱动器到连杆的转矩、速度和惯性关系。目前，减速器是工业机器人广泛应用的机械传动装置，此外还有齿轮、行星齿轮、轴承、丝杠和同步带传动等方式。任务实施二、减速器RV减速器刚度、回转精度更高，多用于机座、大臂等重负载部位；谐波减速器适配小臂、腕部等轻负载位置。负载适配布局工业机器人主流减速器含谐波、RV、摆线针轮三类，关节机器人主要采用谐波与RV减速器。主流品类划分作为连接动力源与执行机构的中间装置，是保障机器人定位精度的核心部件，可精准适配各部位转速需求，具备传动链短、体积小等特性。核心作用定位（一）谐波减速器01核心结构与原理由波发生器、柔轮、刚轮构成，依托应变波传动原理，通过柔轮可控弹性变形实现齿轮渐进啮合，完成转速与扭矩精准变换。02核心性能优势具备**零背隙高精度**、单级30:1-320:1高减速比、紧凑轻量、高扭矩密度、低噪长寿命等突出特性。03多元应用场景广泛应用于航空航天、工业机器人、精密机床、医疗器械、通信设备等高端制造及精密控制领域。1.结构组成刚性内齿轮，双波传动时通常比柔轮多2齿，多固定后与箱体连接刚轮与输入轴相连，由椭圆形凸轮和薄壁柔性轴承组成，主导柔轮齿圈变形波发生器有薄壁杯形、圆筒形等形式，开口端外侧带齿圈随波发生器变形，筒底连输出轴柔轮2.工作原理波发生器装入柔轮后，迫使其剖面由圆变椭圆。波发生器连续转动时，柔轮变形持续改变，导致柔轮与刚轮啮合状态循环变化（啮入—啮合—啮出—脱开—再啮入……）。因柔轮外齿数少于刚轮内齿数，实现柔轮相对刚轮沿波发生器反方向慢转。谐波减速器传动原理图见图3-5-2。3.传动比及传动特点01双波传动的工作模式与传动比双波传动刚轮与柔轮齿数差为2，柔轮应力小、结构简单，应用广；刚轮固定、波发生器主动时，传动比公式为i=-z₁/(z₂-z₁)，z₁为柔轮齿数，z₂为刚轮齿数。03多齿啮合的性能优势因同时啮合齿数较多，传动精度高、承载能力大，运动平稳无冲击、噪声小，还可实现高增速运动。02宽范围单级传动比单级传动比可达50～300，优选75～250区间数值，无需多级串联即可实现大传动比需求。04紧凑高效的结构特性结构简单、体积小、质量轻，传动效率高，适配狭小安装空间与精密传动场景。（二）RV减速器RV减速器采用新型二级封闭行星轮系，由摆线针轮传动发展而来，兼具体积小、传动比大等诸多优点，受国内外广泛关注，在机器人领域占主导地位。与谐波减速器相比，它疲劳强度、刚度、寿命更高，回差精度稳定，故多被高精度机器人传动装置采用（图3-5-3）。1.结构组成图3-5-4为RV减速器结构示意图：（1）太阳轮：传递输入动力，与行星轮啮合。（2）行星轮：功率分流，传递给摆线轮行星机构。（3）曲柄轴：带动摆线轮公转、自转。（4）摆线轮：实现径向力平衡，装两个相同摆线轮。（5）针轮：带多个针齿，与壳体固连为针轮壳体。（6）刚性盘：为动力传动机构，曲柄轴输出端经轴承装于其上。（7）输出盘：与刚性盘连为一体，输出运动或动力。2.工作原理花键齿轮顺时针旋转，带动行星轮公转兼逆时针自转，使曲柄轴同步转动，完成第一级减速。第一级渐开线圆柱齿轮减速等角速度输出机构传递摆线针轮转动；总减速比为两级减速比乘积。等速输出与总减速比曲柄轴旋转使两片RV齿轮偏心、反向自转，轴转一周，RV齿轮转一针齿间距。第二级摆线针轮减速3.传动比及传动特点两级变速架构采用两级变速：一级为太阳轮与行星轮组成的正齿轮变速，二级为RV齿轮摆动实现的差动齿轮变速。传动比测算一级正齿轮传动比为z1/z2，二级差动传动因针轮齿数比RV齿轮多1，减速比为1/z4，总传动比i=(z1/z2)(1/z4)。核心传动优势具备传动比范围大、效率高、扭转刚度强、额定转矩下弹性回差小、同等转矩功率下体积紧凑的特点。三、齿轮传动030201传动比精确恒定，效率达0.94-0.99，结构紧凑可靠、寿命长，适配精密机械与高速重载场景核心优势可传递0.001W至60000kW功率，圆周速度最高150m/s，支持任意空间轴传动适用范围制造安装精度要求高、成本高，不适用于远距离轴传动，减振抗冲击性弱于带传动局限短板（一）齿轮传动的分类无防尘罩或机壳、完全暴露在外的传动齿轮易磨损，适用于低速传动，常见于农机、建筑机械及简易设备。开式齿轮传动装有简单防护罩，大齿轮部分浸入油池，工作条件较开式有所改善，但仍难完全隔绝杂物，润滑条件一般。半开式齿轮传动齿轮安装在精确加工、封闭严密的箱体内，润滑及防护条件最佳，多用于汽车、机床、航空发动机等重要场合。闭式齿轮传动1.按齿轮传动的工作条件分

2.按传动时两轮轴的相对位置分（1）平面齿轮传动：用于两平行轴间传动，类型有直齿、斜齿、人字齿圆柱齿轮传动；按齿向分外啮合、内啮合、齿轮与齿条啮合传动（图3-5-6）。（2）空间齿轮传动：适用于相交轴或交错轴间传动，类型有锥齿轮传动、交错轴斜齿轮传动、蜗杆传动等（图3-5-7）。3.按传动比分齿轮一般为非圆形，又称非圆形齿轮传动，主要应用于有特殊要求的机械中变传动比齿轮传动齿轮均为圆形，又称圆形齿轮传动，按主、从动轮回转轴线是否平行，还可分为平面齿轮传动和空间齿轮传动定传动比齿轮传动4.按齿廓形状分渐开线齿轮传动凭借独特性质与应用优势，成为当前应用最为广泛的齿轮传动类型应用最广泛类型主要包括渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动、圆弧齿轮传动和抛物线齿轮传动等多类齿廓传动形式5.按齿面硬度分两轮（或其中一轮）齿面硬度≤350HBW，常用于对精度要求不高的一般中、低速齿轮传动场合软齿面齿轮传动两轮齿面硬度均＞350HBW，常用于要求承载能力强、结构紧凑的齿轮传动场合硬齿面齿轮传动（二）齿轮传动失效形式齿轮传动靠轮齿啮合实现，轮齿是齿轮工作部件，故齿轮失效主要在轮齿上，失效形式有齿面磨损、点蚀、轮齿折断、齿面胶合及塑性变形等。1.齿面磨损轮齿啮合时相对滑动，外界硬质微粒进入啮合工作面之间，导致齿面磨损。失效原因是开式齿轮传动的主要失效形式。重要齿轮传动应采用闭式齿轮传动，并采用适当润滑方式以减少磨损。失效特点及预防齿面逐渐磨损后失去正确齿形，严重时轮齿过薄而折断。失效后果2.齿面点蚀轮齿工作时，啮合处齿面在交变接触应力多次反复作用下，靠近节线的齿面上产生小裂纹，裂纹扩展导致小块金属剥落。失效原因是润滑良好的闭式齿轮传动常见失效形式；开式齿轮传动因齿面磨损较快通常不会出现。提高齿面硬度和降低表面粗糙度可提高抗点蚀能力。失效特点及预防继续扩展会影响传动平稳性，产生振动和噪声，最终导致齿轮无法正常工作。失效后果3.轮齿折断分为疲劳折断（重复弯曲应力、应力集中所致）和过载折断（突受严重过载或冲击载荷引发），均始于轮齿受拉应力一侧。脆性材料（如铸铁、淬火钢等）制成的齿轮更易发生轮齿折断。增大齿根过渡圆角半径、改善材料力学性能、降低表面粗糙度以减小应力集中，对齿根强化处理（如喷丸、滚挤压）可提高抗折断能力。010203失效类型易发生材料预防措施4.齿面胶合高速重载时齿面压力大、润滑差，瞬时高温致局部熔融粘连；低速重载难成油膜，重载也可能引发冷胶合。

失效原因在齿面上沿着滑动方向形成带状或大面积的伤痕。失效表现采用黏度大或抗胶合性好的润滑油、降低表面粗糙度、提高齿面硬度等可增强抗胶合能力。预防措施5.齿面塑性变形硬度