通常,齒條是固定不動的，當齒輪傳動時,齒輪軸連同拖板沿齒條方向做直線運動,這樣,齒輪的旋轉運動就轉換成為拖板的直線運動普通絲杠驅動是由一個旋轉的精密絲杠驅動一個螺母沿絲杠軸向移動。由于普通絲杠的摩擦力較大,效率低,慣性大,在低速時容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象,而且精度低,回差大,因此在機器人上很少采用。滾珠絲杠在機器人上經(jīng)常采用滾珠絲杠,這是因為滾珠絲杠的摩擦力很小且運動響應速度快。工業(yè)機器人由于滾珠絲杠在絲杠螺母的螺旋槽里放置了許多滾珠,傳動過程中所受的摩擦力是滾動摩擦,可極大地減小摩擦力,因此傳動效率高,消除了低速運動時的爬行現(xiàn)象。在裝配時施加一定的預緊力,可消除回差。
工業(yè)機器人齒輪鏈是由兩個或兩個以上的齒輪組成的傳動機構。它不但可以傳遞運動角位移和角速度,而且可以傳遞力和力矩。現(xiàn)以具有兩個齒輪的齒輪鏈為例,說明其傳動轉換關系。其中一個齒輪裝在輸入軸上,另一個齒輪裝在輸出軸上,如圖3所示。
使用齒輪鏈機構應注意兩個問題：
一是齒輪鏈的引入會改變系統(tǒng)的等效轉動慣量,從而使驅動電機的響應時間減小,這樣伺服系統(tǒng)就更加容易控制。輸出軸轉動慣量轉換到驅動電機上,等效轉動慣量的下降與輸入輸出齒輪齒數(shù)的平方成正比。
二是在引入齒輪鏈的同時,由于齒輪間隙誤差,將會導致機器人手臂的定位誤差增加;而且,假如不采取一些補救措施,齒隙誤差還會引起伺服系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。
雖然諧波齒輪已問世多年,但直到最近人們才開始廣泛地使用它。目前,機器人的旋轉關節(jié)有60％～70％都使用諧波齒輪。諧波齒輪傳動機構由剛性齒輪、諧波發(fā)生器和柔性齒輪三個主要零件組成,如圖5所示。工作時,剛性齒輪固定安裝,各齒均布于圓周,具有外齒形的柔性齒輪沿剛性齒輪的內齒轉動。柔性齒輪比剛性齒輪少兩個齒,所以柔性齒輪沿剛性齒輪每轉一圈就反方向轉過兩個齒的相應轉角。工業(yè)機器人諧波發(fā)生器具有橢圓形輪廓,裝在諧波發(fā)生器上的滾珠用于支承柔性齒輪,諧波發(fā)生器驅動柔性齒輪旋轉并使之發(fā)生塑性形。轉動時,柔性齒輪的橢圓形端部只有少數(shù)齒與剛性齒輪嚙合,只有這樣,柔性齒輪才能相對于剛性齒輪自由地轉過一定的角度。
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