仿人机器人用1/4比例柔轮谐波传动啮合理论与分析

发布时间：2021-09-29 18:47

　　由于仿人机器人中安装空间的限制,普通长筒柔轮谐波传动难以满足使用要求,短筒柔轮谐波传动装置结构紧凑、尺寸小,受到越来越多研究者青睐。目前只有少数国家掌握短筒柔轮设计和制造技术,国内在这方面的研究起步较晚,还有诸多问题需要深入。本文通过对短筒柔轮啮合理论和样机结构等方面开展研究,为短筒柔轮齿形和结构设计提供参考。首先,基于特征曲线原理推导了谐波传动柔轮轮齿运动学,并使用包络理论推导了共轭刚轮齿廓的求解方法,在此基础上针对短筒柔轮谐波传动中柔轮锥角变形大的问题计算出了适合短筒柔轮使用的分段共轭的理论刚轮齿廓。其次,针对柔轮轴向长度变短时应力急剧增加的问题,通过有限元的分析,得到了柔轮应力随着结构参数改变的影响规律。改进了柔轮结构,减小了应力,为短筒柔轮结构设计提供了借鉴和参考。然后,提出了基于啮合齿面接触对的谐波传动装置有限元仿真模型,计算了在负载作用下柔轮应力和变形情况,并导出了齿面接触应力,验证了分段共轭刚轮齿廓啮合的合理性。最后,根据前面对齿形和结构参数的分析结果,设计了50机型1/4比例短筒柔轮谐波传动三元件结构。同时设计了短筒柔轮谐波减速器机体结构和初步加载试验装置,为进一步样机... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

谐波减速器基本构成

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文在机器人应用中，尤其是在仿人机器人中，受实际人体体型的限制人内部减速器可用安装空间大大受限，在满足传动性能的前提下，波减速器的尺寸（主要是轴向尺寸，即谐波元件中柔轮轴向长度）如图 1-2 所示，日本本田技研生产的 P3 机器人，外形大小与人相关节宽度只有 160mm。如果使用普通的长度柔轮谐波减速器，刚0mm 的谐波传动元件柔轮轴向长度大约为 50mm，此外轴向还需要入轴、联轴器、输出轴等元部件。为满足轴向尺寸要求，可以增换向装置使电机垂直放置或使用同步带使电机轴平行配置。但这两使机器人腿部结构臃肿，质量增加，而且锥齿轮和同步带的存在会低传动精度，不利于机器人的控制。因此使用轴向尺寸更小的短传动既可以满足仿人机器人仿形要求，又能减小质量，提高及机器。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文发展及整体装备制造水平相对落后，暂时还无法独立研制出完全符合性能要的短筒柔轮谐波减速器。国外虽然在此方面的研究较为先进，已经有成型的品，但由于其在航空航天及军事方面的重要意义，国外对其相关技术完全封锁因此自行研究具有实用价值的短筒谐波减速器具有重要的意义。图 1-3 为普谐波减速器和短筒谐波减速器的比较。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]谐波齿轮传动中柔轮应力的有限元分析[J]. 付军锋,董海军,沈允文.  中国机械工程. 2007(18)
[3]谐波齿轮传动小长径比柔轮有限元应力分析[J]. 王文静,辛洪兵,徐正兴.  北京工商大学学报(自然科学版). 2007(04)
[4]新齿形短筒柔轮谐波传动技术[J]. 李克美,徐建中.  设备管理与维修. 2005(04)
[5]基于ANSYS的渐开线圆柱齿轮参数化造型与有限元建模及分析技术[J]. 李常义,卢耀辉,周继伟.  机械传动. 2004(06)
[6]基于运动几何学的谐波齿轮传动双圆弧齿形优化设计[J]. 刘书海,董慧敏,邹开其.  大连大学学报. 2002(02)
[7]研究谐波齿轮传动啮合原理的一种新方法[J]. 辛洪兵.  中国机械工程. 2002(03)
[8]拟人机器人下肢结构设计分析[J]. 杨东超,汪劲松,欧阳兴,陈恳.  机器人技术与应用. 2001(03)
[9]谐波传动技术及其研究动向[J]. 辛洪兵,谢金瑞,何惠阳,张作梅.  北京轻工业学院学报. 1999(01)
[10]200—80型谐波减速器杯形柔轮疲劳断裂失效分析[J]. 陈绮纶.  航天工艺. 1992(04)

博士论文
[1]谐波齿轮传动装置及其短筒柔轮分析研究[D]. 阳培.机械科学研究总院 2006

硕士论文
[1]一种新型结构的谐波减速器研究[D]. 王迪.哈尔滨工业大学 2009
[2]机器人用谐波齿轮传动装置的运动精度分析[D]. 王爱东.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2001
[3]谐波齿轮传动的运动几何学研究[D]. 王淑芬.大连理工大学 2000



本文编号：3414265