工业机器人技术基础5.7.6工业机器人的传动装置-谐波减速器

xxxxxxxxx职业学院xxxxxx学年第xx学期期末考试《工业机器人技术基础》课程试卷C卷（适用于工业机器人技术专业）考试形式：闭卷答题时间：90 分钟题号一二三四五总分核分人题分复查人得分一、填空题（1～10题，每空1分，共20分）1．工业机器人是由仿生机械结构、电动机、减速机和控制系统组成的，用于从事工业生产，能够自动执行工作指令的机械装置。

2. 目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。

日系中主要有安川、OTC、松下和发那科。

欧系中主要有德国的KUKA 、CLOOS、瑞士的ABB 、意大利的COMAU，英国的Autotech Robotics。

3. 按作业任务的不同，工业机器人通常可以分为焊接、搬运、装配、码垛、喷涂等类型机器。

4．机器人运动学是研究末端执行器的位置和姿态与关节变量之间的关系，而与产生该位姿所需的力或力矩无关。

5. 在机器人学科里经常用考坐标系和关节坐标系来描述空间机器人的位姿。

6. 机器人臂部是为了让机器人的末端执行器达到任务所要求的位置。

机器人腕部是臂部和手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。

7. 夹钳式是工业机器人最常用的一种手部形式。

夹钳式一般由手指、驱动装置、传动机构和支架等组成。

8. 目前应用于工业机器人的减速器产品主要有三类，分别是谐波减速器、RV减速器和摆线针轮减速器三大类。

9. 机器人控制系统按其控制方式可分为集中控制系统、主从控制系统、分散控制系统。

10. 机器人语言系统包括三个基本状态：监控状态、编辑状态、执行状态。

二、选择题（11～20题，每小题2分，共20分）11．（ A ）是指机器人末端执行器的实际位置和目标位置之间的偏差，由机械误差、控制算法与系统分辨率等部分组成。

A. 定位精度B. 作业范围C. 重复定位精度D. 承载能力12．下列所述的（B ）项为水平多关节机器人。

A. VersatranB. SCARAC. UnimateD. PUMA56213. 刚体在三维空间中的位姿可用（ C ）来描述。

1．工业机器人技术及关键基础部件（1）机器人关键基础部件定义、分类及市场占有率；机器人关键基础部件是指构成机器人传动系统，控制系统和人机交互系统，对机器人性能起到关键影响作用，并具有通用性和模块化的部件单元。

机器人关键基础部件主要分成以下三部分：高精度机器人减速机，高性能交直流伺服电机和驱动器，高性能机器人控制器等。

目前在高精度机器人减速机方面，市场份额的75%均两家日本减速机公司垄断，分别为提供RV摆线针轮减速机的日本Nabtesco和提供高性能谐波减速机的日本Harmonic Drive.包括 ABB, FANUC, KUKA,MOTOMAN在内国际主流机器人厂商的减速机均由以上两家公司提供，与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是，国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系，提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号。

国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚，仅在部分院校，研究所有过相关研究。

目前尚无成熟产品应用于工业机器人。

近年来国内部分厂商和院校开始致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究，如浙江恒丰泰，重庆大学机械传动国家重点实验室，天津减速机厂，秦川机床厂，大连铁道学院等。

在谐波减速机方面，国内已有可替代产品，如北京中技克美，北京谐波传动所，但是相应产品在输入转速，扭转高度，传动精度和效率方面与日本产品还存在不小的差距，在工业机器人上的成熟应用还刚刚起步。

在伺服电机和驱动方面，目前欧系机器人的驱动部分主要由伦茨，Lust，博世力士乐等公司提供，这些欧系电机及驱动部件过载能力，动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但是价格昂贵。

而日系品牌工业机器人关键部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其价格相对降低，但是动态响应能力较差，开放性较差，且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。

国内近年来也开展了大功率交流永磁同步电机及驱动部分基础研究和产业化，如哈尔滨工业大学，北京和利时，广州数控等单位，并且具备了一点的生产能力，但是其动态性能，开放性和可靠性还需要更多的实际机器人项目应用进行验证。

[科普]工业机器人的传动机构工业机器人现在越来越广泛的被应用于各大行业，那么他的结构有多少人关注呢…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部件。

根据传动类型的不同,传动部件可以分为两大类:直线传动机构和旋转传动机构。

一、直线传动机构工业机器人常用的直线传动机构可以直接由汽缸或液压缸和活塞产生,也可以采用齿轮齿条、滚珠丝杠螺母等传动元件由旋转运动转换得到。

1.移动关节导轨在运动过程中移动关节导轨可以起到保证位置精度和导向的作用。

移动关节导轨有五种:普通滑动导轨、液压动压滑动导轨、液压静压滑动导轨、气浮导轨和滚动导轨。

前两种导轨具有结构简单、成本低的优点,但是它必须留有间隙以便润滑,而机器人载荷的大小和方向变化很快,间隙的存在又将会引起坐标位置的变化和有效载荷的变化;另外,这种导轨的摩擦系数又随着速度的变化而变化,在低速时容易产生爬行现象等缺点。

第三种静压导轨结构能产生预载荷,能完全消除间隙,具有高刚度、低摩擦、高阻尼等优点,但是它需要单独的液压系统和回收润滑油的机构。

第四种气浮导轨的缺点是刚度和阻尼较低。

目前第五种滚动导轨在工业机器人中应用最为广泛, 轨的结构,用支承座支承,可以方便地与任何平面相连,此时套筒必须是开式的,嵌入在滑枕中,既增强刚度也方便了与其他元件的连接。

2. 齿轮齿条装置齿轮齿条装置中,如果齿条固定不动,当齿轮转动时,齿轮轴连同拖板沿齿条方向做直线运动。

这样,齿轮的旋转运动就转换成拖板的直线运动。

拖板是由导杆或导轨支承的,该装置的回差较大。

3. 滚珠丝杠与螺母在工业机器人中经常采用滚珠丝杠,这是因为滚珠丝杠的摩擦力很小且运动响应速度快。

由于滚珠丝杠螺母的螺旋槽里放置了许多滚珠,丝杠在传动过程中所受的是滚动摩擦力,摩擦力较小,因此传动效率高,同时可消除低速运动时的爬行现象;在装配时施加一定的预紧力,可消除回差。

2022年工业机器人操作与运维考试理论知识模拟试题2姓名年级学号题型选择题填空题解答题判断题计算题附加题总分得分评卷人得分一、单项选择题1.示教器使用完毕后，应放在下列哪个位置（）。

A.挂在工业机器人上B.系统夹具上C.示教器支架上√D.地面上2.当工业机器人发生紧急情况，并有可能发生人身伤害时，下列哪个操作比较得当（）。

A.强制扳动B.整理防护服C.按下急停按钮√D.骑坐在机器人上，超过其载荷3.在以下哪种情况下使用工业机器人一般不会导致其系统的破坏（）。

A.有爆炸可能的环境B.燃烧的环境C.潮湿的环境中D.噪声污染严重的环境√4.工业机器人的种类有很多，其功能、特征、驱动方式以及应用场合等不尽相同。

以下工业机器人的分类标准中，不是按照控制方式划分的是（）。

A.连续轨迹控制机器人B.点位控制机器人C.“有限顺序”机器人D.AGV移动机器人√5.自由度是反映工业机器人动作灵活性的重要技术指标。

下列各类工业机器人中，自由度数量最少的是（）。

A.SCARA机器人√B.圆柱坐标机器人C.球坐标机器人D.六轴串联机器人6.谐波减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的减速器，在工业机器人上得到了大量的应用，关于谐波减速器下列说法错误的是（）。

A.相对传统减速器，谐波减速器体积小、质量小。

B.由于谐波减速器中有一部件是柔轮，其容易发生形变，因此谐波减速器的精度较差。

√C.运动平稳，噪声小。

D.传动比范围大。

7.工业机器人在执行抛光作业时，要求工业机器人末端执行器与作业对象接触并保持一定的压力。

下列控制方式中适合抛光工艺实施的控制方式为（）。

A.力/力矩控制√B.速度控制C.加速度控制D.智能控制8.工业机器人的技术参数反映了工业机器人的适用范围和工作性能，是选择和应用工业机器人必须要考虑的问题，也是真实反映工业机器人的主要技术参数，下列关于说法错误的是（）。

A.一般而言，工业机器人的绝对定位精度要比重复定位精度低一到两个级别。

xxxxxxxxx职业学院xxxxxx学年第xx学期期末考试《工业机器人技术基础》课程试卷C卷（适用于工业机器人技术专业）考试形式：闭卷答题时间：90 分钟题号一二三四五总分核分人题分复查人得分一、填空题（1～10题，每空1分，共20分）1．工业机器人是由仿生机械结构、电动机、减速机和控制系统组成的，用于从事工业生产，能够自动执行工作指令的机械装置。

2. 目前，国际上的工业机器人公司主要分为日系和欧系。

日系中主要有安川、OTC、松下和发那科。

欧系中主要有德国的KUKA 、CLOOS、瑞士的ABB 、意大利的COMAU，英国的Autotech Robotics。

3. 按作业任务的不同，工业机器人通常可以分为焊接、搬运、装配、码垛、喷涂等类型机器。

4．机器人运动学是研究末端执行器的位置和姿态与关节变量之间的关系，而与产生该位姿所需的力或力矩无关。

5. 在机器人学科里经常用考坐标系和关节坐标系来描述空间机器人的位姿。

6. 机器人臂部是为了让机器人的末端执行器达到任务所要求的位置。

机器人腕部是臂部和手部的连接部件，起支承手部和改变手部姿态的作用。

7. 夹钳式是工业机器人最常用的一种手部形式。

夹钳式一般由手指、驱动装置、传动机构和支架等组成。

8. 目前应用于工业机器人的减速器产品主要有三类，分别是谐波减速器、RV减速器和摆线针轮减速器三大类。

9. 机器人控制系统按其控制方式可分为集中控制系统、主从控制系统、分散控制系统。

10. 机器人语言系统包括三个基本状态：监控状态、编辑状态、执行状态。

二、选择题（11～20题，每小题2分，共20分）11．（ A ）是指机器人末端执行器的实际位置和目标位置之间的偏差，由机械误差、控制算法与系统分辨率等部分组成。

A. 定位精度B. 作业范围C. 重复定位精度D. 承载能力12．下列所述的（B ）项为水平多关节机器人。

A. VersatranB. SCARAC. UnimateD. PUMA56213. 刚体在三维空间中的位姿可用（ C ）来描述。

工业机器人的RV减速器和谐波减速器有什么区别作为工业机器人核心零部件的精密减速器，与通用减速器相比，机器人用减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。

大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器1RV减速器：用于转矩大的机器人腿部腰部和肘部三个关节，负载大的工业机器人，一二三轴都是用RV。

相比谐波减速机，RV减速机的关键在于加工工艺和装配工艺。

RV减速机具有更高的疲劳强度、刚度和寿命，不像谐波传动那样随着使用时间增长，运动精度会显著降低，其缺点是重量重，外形尺寸较大。

▲RV-E型减速器谐波减速器：用于负载小的工业机器人或大型机器人末端几个轴，谐波减速器是谐波传动装置的一种，谐波传动装置包括谐波加速器和谐波减速器。

谐波减速器主要包括：刚轮、柔轮、轴承和波发生器三者，四者缺一不可。

其中，刚轮的齿数略大于柔轮的齿数。

谐波减速机用于小型机器人特点是体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高，单级传动比大。

▲谐波减速器两者都是少齿差啮合，不同的是谐波里的一种关键齿轮是柔性的，它需要反复的高速变形，所以它比较脆弱，承载力和寿命都有限。

RV通常是用摆线针轮，谐波以前都是用渐开线齿形，现在有部分厂家使用了双圆弧齿形，这种齿形比渐开线先进很多。

减速器的两巨头是Nabtesco和Hamonica Drive，他们几乎垄断了全球的机器人用减速器。

这两种减速器都是微米级的加工精度，光这一条在量产阶段可靠性高就很难了，更别说几千转的高速运转，而且还要高寿命。

谐波减速器由“柔轮、波发生器、刚轮、轴承”这四个基本部件构成。

柔轮的外径略小于刚轮的内径，通常柔轮比刚轮少2个齿。

波发生器的椭圆型形状决定了柔轮和刚轮的齿接触点分布在介于椭圆中心的两个对立面。

波发生器转动的过程中，柔轮和刚轮齿接触部分开始啮合。

波发生器每正时针旋转180°，柔轮就相当于刚轮逆时针旋转1个齿数差。

在180°对称的两处，全部齿数的30%以上同时啮合，这也造就了其高转矩传送。

《工业机器人技术》课程教学简案教学内容第五章搬运机器人及操作应用教学目的1. 了解搬运机器人的特点。

2. 掌握搬运机器人的组成、示教。

重点难点1. 了解搬运机器人的特点。

2. 掌握搬运机器人的组成、示教。

教学手段多媒体教学+板书学时分配 4教学过程设计教学步骤及内容：一、搬运机器人的特点搬运机器人具有通用性强、工作稳定的优点，且操作简便、功能丰富，逐渐向第三代智能机器人发展。

图片讲解1）龙门式搬运机器人、2、摆臂式搬运机器人3、作业顺序二、搬运机器人的系统组成搬运机器人是一个完整系统。

以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有:1) 操作机2）控制系统3）搬运系统（气体发生装置、真空发生装置和手爪等）4）安全保护装图片讲解教学小结如何准确移动搬运机器人进行搬运作业？教学内容第六章码垛机器人及操作应用教学目的1. 了解码垛机器人的特点。

2. 掌握码垛机器人的组成、示教。

重点难点1. 了解码垛机器人特点。

2. 掌握码垛机器人的组成、示教。

教学手段多媒体教学+板书学时分配 4教学过程设计教学步骤及内容：一、码垛机器人的特点码垛机器人与搬运机器人在本体结构上没有过多区别，通常可认为码垛机人本体较搬运机器人大，在实际生产当中码垛机器人多为四轴且多数带有辅助连杆，连杆主要起到增加力矩和平衡的作用，码垛机器人多不能进行横向纵向移动，安装在物流线末端。

1）关节式码垛机器人2）摆臂式码垛机器人3）龙门式码垛机器人。

二、码垛机器人的系统组成、示教。

码垛机器人是一个完整系统。

以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有:1) 操作机2）控制系统3）码垛系统4）安全保护装。

工业机器人核心部件-谐波减速器作者:csuzhm2009-03-24 00:18 星期二晴机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大，常用的减速机构有：1）RV减速机构；2）谐波减速机械；3）摆线针轮减速机构；4）行星齿轮减速机械；5）无侧隙减速机构；6）蜗轮减速机构；7）滚珠丝杠机构；8）金属带／齿形减速机构；9）球减速机构。

其中谐波减速器广泛应用于小型的六轴搬运及装配机械手中，下面介绍其工作原理。

以下内容摘自百度百科（稍有修改）：谐波齿轮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。

谐波齿轮传动（简称谐波传动），它是依靠柔性零件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种行星齿轮传动。

（一）传动原理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）2，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）1，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。

柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。

波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。

当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。

周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。

当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。

在传动过程中，波发生器转一周，柔轮上某点变形的循环次数称为波数，以n 表示。

常用的是双波和三波两种。

双波传动的柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比。

故为目前应用最广的一种。

谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的周节相同，但齿数不等，通常采用刚轮与柔轮齿数差等于波数，即z2－z1=n式中z2、z2--分别为刚轮与柔轮的齿数。