減速器振動問題一直是機器人的應用痛點，它不僅影響了機器人的終端用戶體檢，更為關鍵的是，它限制了機器人在高端裝備制造領域“大展拳腳”；由于減速器的振動會傳遞到機器人末端，從而使末端出現抖動，大大降低了機器人的軌跡精度、重復定位精度。 例如，在機器人焊接復雜曲面、切割復雜形狀時，受減速器振動影響，機器人的運動軌跡會出現不光滑，甚至是運動軌跡不連續的情況，不利于對機器人軌跡進行優化。可以說，如果不能有效解決減速器的振動問題，機器人就無法承擔類似的高速、高精生產任務。

不僅如此，一旦減速器振動過大，機器人關節運動速度的上限也會大大降低，并且使得定位時間增加，從而影響機器人的工作效率；而減速器的振動也會讓機器人在運動過程中產生附加沖擊力，從而降低了整機系統的使用壽命。

是什么引起了減速器的振動？

那么如何才能解決這令人頭痛不已的減速器振動問題呢？

我們首先需要從原理著手，了解減速器為什么會產生振動。以諧波減速器為例，從齒輪嚙合原理來看，當嚙合存在干涉或齒面光潔度差時都會導致嚙合沖擊力增大，從而引起減速器的振動劇烈增大。

而從薄壁圓筒機理看，引起諧波減速器振動深層次原因為：

1.經過理論研究，減速器振動的大小與材料的密度成正比、與材料的楊氏模量和泊松比成反比。

2.結構設計對減速器振動的影響，振動的大小與輪齒的嚙合長度成反比，與柔輪的壁厚成反比，與柔輪半徑成正比。

諧波減速器振動幅值和輪齒嚙合長度的關系

諧波減速器振動幅值和柔輪壁厚之間的關系

3.零件加工精度的影響，減速器中的一些關鍵零部件，例如凸輪軸形位公差齒面表面光潔度的影響，如果同軸度對稱度形位公差較大，會使諧波減速器產生偏心力，偏心力就會成為減速器振動的一個激勵，從而加劇振動。 4.減速器裝配的影響，零件選配的不合理，不僅會使得減速器系統出現不平衡力，而且還會產生新的諧波頻率，這些不僅會使得系統振動增加，同時增加系統出現共振的概率。

減速器振動解決方案

基于對以上振動理論的研究，昊志機電在齒形及結構設計方面，正向設計開發SP齒形及凸輪廓曲線，并優化了輪齒的最佳嚙合長度和柔輪的最佳壁厚。

此外，改善齒輪加工精度等級、齒面的光潔度，降低摩擦提升傳動的平順性。

在材料選用上，昊志機電選擇了密度小、彈性模量大的新型合金鋼，并通過對加工工藝不斷改進，精細化了材料的晶粒，從而進一步提高了材料的彈性模量、泊松比；這些舉措都很好地避免了減速器出現過大的振動，下圖為改進工藝后材料晶粒的金相圖，其晶粒度等級已經達到了1-2級。

試樣邊緣 500X 在零件加工方面，通過改良裝夾工裝和工藝流程，盡量減少零件在加工時的裝夾次數和加工基準的更換，從而提升了零件的加工精度等級；以凸輪軸為例，凸輪對稱度嚴格控制在5μm之內,輪廓度小于2μm。

在裝配規則方面，將人工智能算法引入到了諧波減速器的裝配上來，真正的做到了零件的“智能”選配。智能化選配的流程圖如下所示：

減速器振動改善效果呈現 從頻譜分析圖對比可以發現，改善振動幅值明顯降低，另外，齒輪的嚙合頻率及邊頻明顯降低，這說明昊志機電減速器齒輪嚙合狀態良好，運轉中受到的沖擊較小。

優化前頻譜測試效果

文章出處：【微信公眾號：高工機器人】

責任編輯：gt