機(jī)器人結(jié)構(gòu)與原理課件

1、項(xiàng)目二、任務(wù) 2 基本概念：機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配套部件種類單一；關(guān)鍵部件：諧波減速器（哈默納科）、RV減速器（納博特斯克），占機(jī)械成本7080%。其他專業(yè)廠生產(chǎn)的功能部件：CRB軸承；同步帶、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌（通用，數(shù)控課程介紹）。一、諧波減速器1. 基本概念要點(diǎn)美國(guó)C . W. Musser（馬瑟）1955年發(fā)明 ；日本Harmonic Drive System（哈默納科）是全球最早、最大、最著名，幾乎唯一的生產(chǎn)企業(yè)；國(guó)內(nèi)已有產(chǎn)品，但性能差距十分大。全稱諧波齒輪傳動(dòng)裝置（Harmonic gear drive）；諧波齒輪傳動(dòng)裝置可用于減速，也可用于升速；在機(jī)器人上，總是用于減速，故稱諧波減速

2、器；是目前減速比最大（可達(dá)320 ）的減速器。 概念辨析：速比、傳動(dòng)比、減速比概念辨析（ 非常重要?。┧俦?國(guó)外（如日本）常用術(shù)語(yǔ) 速比 = 輸出轉(zhuǎn)速 / 輸入轉(zhuǎn)速 減速器的“速比”總是小于1。傳動(dòng)比 國(guó)內(nèi)常用術(shù)語(yǔ) 傳動(dòng)比 = 輸入轉(zhuǎn)速 / 輸出轉(zhuǎn)速 減速器的“傳動(dòng)比”總是大于1。減速比 國(guó)內(nèi)、外通用術(shù)語(yǔ) 減速比 = 輸入轉(zhuǎn)速 / 輸出轉(zhuǎn)速 減速器的“減速比”總是大于1。2. 機(jī)器人結(jié)構(gòu)與原理基本結(jié)構(gòu) 非常簡(jiǎn)單，只要?jiǎng)傒啞⑷彷?、諧波發(fā)生器3個(gè)部件。諧波發(fā)生器柔輪剛輪2.速動(dòng)比率速動(dòng)比率是企業(yè)一定時(shí)期的速動(dòng)資產(chǎn)同流動(dòng)負(fù)債的比率。速動(dòng)比率（速動(dòng)資產(chǎn)流動(dòng)負(fù)債）100% 由于剔除了流動(dòng)資產(chǎn)中變現(xiàn)力差且

3、不穩(wěn)定的項(xiàng)目后，該指標(biāo)能更加準(zhǔn)確、可靠地反映企業(yè)實(shí)際的短期債務(wù)償還能力。通常認(rèn)為該比率為100%時(shí)較為適當(dāng)?！纠?-9】速動(dòng)比率的計(jì)算與分析天馬股份管理當(dāng)局在掌握流動(dòng)比率信息后，考慮到公司還有部分積壓的存貨、預(yù)付賬款等變現(xiàn)較困難的資產(chǎn)，認(rèn)為流動(dòng)比率不能謹(jǐn)慎地反映出公司的實(shí)際短期償債能力。要求財(cái)務(wù)人員提出更為可靠的分析指標(biāo)。期末速動(dòng)比率=（50 07538 39489 12411 8891 794）156 7401.22期初速動(dòng)比率=（32 81917 96674 73610 0661 972）178 1900.77影響速動(dòng)比率可靠性的一個(gè)重要因素是應(yīng)收賬款的變現(xiàn)能力。3.現(xiàn)金流動(dòng)負(fù)債比率經(jīng)營(yíng)活

4、動(dòng)產(chǎn)生的現(xiàn)金凈流量與流動(dòng)負(fù)債的比率稱為現(xiàn)金流動(dòng)負(fù)債比率?，F(xiàn)金流動(dòng)負(fù)債比率經(jīng)營(yíng)現(xiàn)金凈流量流動(dòng)負(fù)債100%該指標(biāo)是從現(xiàn)金流量角度來(lái)反映企業(yè)當(dāng)期償付短期債務(wù)的能力。該指標(biāo)值越高，表明企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)產(chǎn)生的現(xiàn)金凈流入較多，用于保障企業(yè)按時(shí)償還到期債務(wù)的資金越充裕，企業(yè)的償債能力越強(qiáng)?！纠?-10】現(xiàn)金流動(dòng)負(fù)債比率的計(jì)算與分析在對(duì)企業(yè)的流動(dòng)比率和速動(dòng)比率深入分析后，企業(yè)管理當(dāng)局認(rèn)為用于還債的流動(dòng)資產(chǎn)中有一部分資金是來(lái)自于企業(yè)的舉債收入，公司想了解企業(yè)自身經(jīng)營(yíng)活動(dòng)產(chǎn)生的現(xiàn)金流對(duì)短期債務(wù)的保障程度。哪項(xiàng)指標(biāo)可以用來(lái)滿足企業(yè)管理當(dāng)局分析的需要？期末現(xiàn)金流動(dòng)負(fù)債比率（期末負(fù)債）=36 015156 7400.23一

5、個(gè)極短期的債權(quán)人可能會(huì)對(duì)現(xiàn)金比率更感興趣?，F(xiàn)金比率=（貨幣資金交易性金融資產(chǎn)）流動(dòng)負(fù)債天馬股份期末的現(xiàn)金比率為0.32，表示公司當(dāng)期現(xiàn)有的現(xiàn)金及現(xiàn)金等價(jià)物能夠償還32%的流動(dòng)負(fù)債。（二）長(zhǎng)期償債能力分析長(zhǎng)期償債能力是指企業(yè)償還長(zhǎng)期債務(wù)的能力。衡量企業(yè)長(zhǎng)期償債能力的指標(biāo)主要有資產(chǎn)負(fù)債率產(chǎn)權(quán)比率利息保障倍數(shù)。1.資產(chǎn)負(fù)債率資產(chǎn)負(fù)債率是指企業(yè)負(fù)債總額對(duì)資產(chǎn)總額的比率。資產(chǎn)負(fù)債率（負(fù)債總額資產(chǎn)總額）100%是衡量企業(yè)負(fù)債水平及其風(fēng)險(xiǎn)程度的重要指標(biāo)。債權(quán)人來(lái)分析投資者角度來(lái)分析比較保守的觀點(diǎn)認(rèn)為一般不應(yīng)高于50%通常認(rèn)為資產(chǎn)負(fù)債率達(dá)60%時(shí)比較適當(dāng)?！纠?-11】資產(chǎn)負(fù)債率的計(jì)算與分析天馬股份管理當(dāng)局想

6、了解公司近兩年資本結(jié)構(gòu)及其債務(wù)水平的變化，擬為其未來(lái)籌資決策提供依據(jù)。請(qǐng)問(wèn)哪項(xiàng)指標(biāo)能滿足企業(yè)分析要求？期末資產(chǎn)負(fù)債率=（184 574653 698）100=28.23期初資產(chǎn)負(fù)債率=（181 758584 104）100=31.112.產(chǎn)權(quán)比率與權(quán)益乘數(shù)產(chǎn)權(quán)比率是負(fù)債總額與所有者權(quán)益總額的比率，是企業(yè)財(cái)務(wù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)健與否的重要標(biāo)志。產(chǎn)權(quán)比率負(fù)債總額所有者權(quán)益總額100產(chǎn)權(quán)比率越低，表明企業(yè)自有資金所占比例越高，企業(yè)財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)越小，長(zhǎng)期償債能力越強(qiáng)，債權(quán)人權(quán)益的保障程度越高。當(dāng)企業(yè)的資產(chǎn)報(bào)酬率大于借入資金成本率時(shí)，舉債經(jīng)營(yíng)有利于提高企業(yè)的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)。企業(yè)應(yīng)結(jié)合獲利能力來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)權(quán)比率的合理性?！纠?-1

7、2】產(chǎn)權(quán)比率的計(jì)算與分析天馬股份管理當(dāng)局通過(guò)資產(chǎn)負(fù)債率了解公司的資金來(lái)源結(jié)構(gòu)后，該想進(jìn)一步了解自有資金對(duì)債務(wù)資金的保障程度，以便于對(duì)財(cái)務(wù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性做出評(píng)價(jià)。請(qǐng)問(wèn)哪項(xiàng)分析指標(biāo)能滿足分析的要求？期末產(chǎn)權(quán)比率=（184 574469 124）100=39.34期初產(chǎn)權(quán)比率=（181 758402 346）100=45.17剛輪（Circular Spline） 有連接孔的剛性內(nèi)齒圈；齒數(shù)比柔輪略多（一般多2或4個(gè)）；有時(shí)直接加工在CRB軸承上（單元型減速器）。 柔輪（Flex Spline） 薄壁金屬?gòu)椥酝恺X圈 ，減速器關(guān)鍵部件；齒形與剛輪相同，齒數(shù)比剛輪少2或4個(gè)）；柔輪可以制成類似水杯（Cup

8、）、禮帽（Silk Hat） 、薄餅（Pancake）等形狀。 諧波發(fā)生器（Wave Generator ）內(nèi)芯為橢圓凸輪，外圈為彈性薄壁滾珠軸承；凸輪與輸入軸可采用柔性聯(lián)軸器、剛性法蘭連接。變速原理 參見P51、圖2.2-2。諧波發(fā)生器回轉(zhuǎn)柔輪一齒、一齒與剛輪嚙合 由于柔輪、剛輪只能一齒一齒嚙合，如柔輪齒數(shù)少于剛輪，回轉(zhuǎn)一圈后，柔輪基準(zhǔn)齒將偏移剛輪基準(zhǔn)齒一個(gè)齒差（2或4齒）。 結(jié)論： 可將諧波發(fā)生器（輸入）的360回轉(zhuǎn)變成柔輪（輸出）一個(gè)齒差的偏轉(zhuǎn)，輸出/輸入速比為： i =（ Z c Z f ）/ Z f Z c：剛輪齒數(shù)；Z f ：柔輪齒數(shù) 定義: 基本減速比 R = 1/ i = Z

9、f / （ Z c Z f ） 以符號(hào) “-” 表示輸出與輸入轉(zhuǎn)向相反。 典型應(yīng)用：速比 i = -1/ R減速比：-R速比 i = 1/ （R + 1）減速比：R+1諧波發(fā)生器輸入諧波發(fā)生器輸入剛輪固定剛輪輸出柔輪輸出柔輪固定主要特點(diǎn)承載能力強(qiáng)、傳動(dòng)精度高。 基本概念：同時(shí)嚙合的齒數(shù)越多，承載能力越強(qiáng)、傳動(dòng)精度越高。 普通齒輪：同時(shí)嚙合齒12對(duì)（27%），傳動(dòng)精度61510-4rad ； 諧波減速器：同時(shí)嚙合齒數(shù)十對(duì)（30%），傳動(dòng)精度1.5410-4rad 。 數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸精度：210-5rad。 非常重要！ 1 arc min = 1 /60 = 2.9110-4rad 1 arc s

10、ec = 1 /3600 = 4.8510-6rad 傳動(dòng)比大，但傳動(dòng)效率較低 。 基本概念： 普通齒輪：傳動(dòng)比810，傳動(dòng)效率9098%； 諧波減速器：傳動(dòng)比30320，傳動(dòng)效率4090%； 重要！提高減速比、工作溫度和輸出轉(zhuǎn)矩，可提高效率。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)。 只有3個(gè)零件，壽命700010000h（哈默納科）傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊、噪聲小 ，安裝調(diào)整方便 。對(duì)材料（特別柔輪）要求極高。 國(guó)產(chǎn)諧波減速器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到7000h。3. 可選結(jié)構(gòu) 柔輪形狀、輸入連接方式可選。柔輪形狀 水杯形（Cup type） 禮帽形（Silk Hat type） 薄餅形（Pancake type）

11、水杯形（Cup type ）外徑小、剛性好；不能為“中空” 結(jié)構(gòu)，對(duì)連接面要求較高。禮帽形（ Silk Hat type ） 端面敞開、安裝方便，對(duì)連接面要求較低；可采用“中空”結(jié)構(gòu)； 外徑大、剛性較差 。 薄餅形（ Pancake type ） 超薄型減速器特殊結(jié)構(gòu)，可大大減少軸向尺寸； 不能直接固定或連接負(fù)載，必須使用第2剛輪 ； 承載能力強(qiáng)，安裝要求特殊，連續(xù)工作要求油潤(rùn)滑（脂潤(rùn)滑：減速器平均輸入轉(zhuǎn)速、負(fù)載率ED% 10%、運(yùn)行時(shí)間 10min）。輸入連接方式 可選柔性軸孔（帶聯(lián)軸器）、剛性軸孔、剛性法蘭。柔性軸孔剛性軸孔剛性法蘭凸輪軸承軸套聯(lián)軸器軸承凸輪柔性軸孔（標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) ）輸入軸與軸

12、套孔采用平鍵連接、軸套與凸輪通過(guò)奧爾德姆聯(lián)軸器（Oldmans Coupling） 連接；具有偏心自動(dòng)調(diào)整功能，對(duì)輸入軸和減速器的同軸度要求低；聯(lián)軸器存在間隙，不能為“中空”結(jié)構(gòu)。 奧爾德姆聯(lián)軸器（十字滑塊聯(lián)軸器）原理輸入十字滑塊輸出剛性軸孔連接軸孔直接加工在凸輪體上，輸入軸與凸輪采用平鍵連接；不能為“中空” 結(jié)構(gòu)；剛性、無(wú)間隙連接，不具備自動(dòng)調(diào)心功能。剛性法蘭連接面、孔直接加工在凸輪體上，輸入軸與凸輪用法蘭（內(nèi)孔、端面定位）連接、螺釘固定；輸入軸可為“中空” 結(jié)構(gòu)；剛性、無(wú)間隙連接，不具備自動(dòng)調(diào)心功能。4. 產(chǎn)品型式部件型（Component type ）只提供剛輪、柔輪、諧波發(fā)生器3個(gè)部件

13、；規(guī)格全、價(jià)格低、使用靈活；減速器需用戶現(xiàn)場(chǎng)安裝，裝配要求高；支承柔輪的輸出軸承需用戶設(shè)計(jì)、安裝；需用戶充填潤(rùn)滑脂、維護(hù)工作量大；柔輪形狀、輸入連接方式可選。 常用產(chǎn)品： 標(biāo)準(zhǔn)水杯形、標(biāo)準(zhǔn)禮帽形、標(biāo)準(zhǔn)博餅形。標(biāo)準(zhǔn)水杯形（P56、圖2.2-9）標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；柔輪為水杯形，輸入為柔性軸孔連接。剛輪凸輪軸套柔輪輸入軸平鍵標(biāo)準(zhǔn)禮帽形（P56、圖2.2-10）標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；柔輪為禮帽形，輸入為柔性軸孔連接。剛輪凸輪軸套柔輪輸入軸平鍵標(biāo)準(zhǔn)薄餅形（P57、圖2.2-11）標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；柔輪為薄壁外齒圈、通過(guò)1:1傳動(dòng)的剛輪S連接負(fù)載（或固定）；輸入為剛性軸孔連接。剛輪S凸輪柔輪輸入軸平鍵剛輪D單元型（Unit type

14、 ）減速器、CRB軸承、殼體統(tǒng)一設(shè)計(jì)，可整體安裝；剛輪、柔輪間有CRB軸承；可直接連接負(fù)載；帶有密封殼體，工作可靠性高；無(wú)需用戶現(xiàn)場(chǎng)組裝，使用簡(jiǎn)單、方便；無(wú)需用戶充填潤(rùn)滑脂，維護(hù)工作量??；輸入連接可選擇標(biāo)準(zhǔn)軸孔、中空軸、標(biāo)準(zhǔn)軸。 變形產(chǎn)品：簡(jiǎn)易單元型（Simple unit type ）單元型的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，有CRB軸承，但無(wú)殼體；性能、價(jià)格介于部件型、單元型之間；減速器無(wú)需用戶現(xiàn)場(chǎng)組裝，但潤(rùn)滑脂需用戶充填；柔輪均為禮帽形，輸入連接可為標(biāo)準(zhǔn)軸孔、中空軸。標(biāo)準(zhǔn)單元型（P57、圖2.2-12）水杯形柔輪、柔性軸孔輸入，剛輪與殼體一體。剛輪凸輪CRB柔輪連接板中空軸單元型（P58、圖2.2-13）禮帽形

15、柔輪，輸入軸中空、用前后端蓋支承、密封。剛輪中空軸&凸輪CRB柔輪端蓋端蓋軸輸入單元型（P58、圖2.2-14）禮帽形柔輪、標(biāo)準(zhǔn)軸輸入，有前后端蓋支承、密封。剛輪輸入軸CRB柔輪端蓋端蓋凸輪簡(jiǎn)易標(biāo)準(zhǔn)單元（P58、圖2.2-15）禮帽形柔輪、標(biāo)準(zhǔn)軸孔輸入，無(wú)前后支承、密封端蓋。剛輪CRB柔輪凸輪簡(jiǎn)易中空單元（P59、圖2.2-16）禮帽形柔輪、標(biāo)準(zhǔn)軸孔輸入，無(wú)前后支承、密封端蓋。剛輪中空軸&凸輪CRB柔輪其他產(chǎn)品齒輪箱型（Gear head type ）可直接安裝電機(jī)、直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載（P35圖2.2-7）。回轉(zhuǎn)執(zhí)行器（Rotary Actuator ）電機(jī)、減速器集成一體，典型機(jī)電一體化。 練一練

16、 ： 完成 P68，技能訓(xùn)練三、RV減速器1. 基本概念要點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矢量（Rotary Vector）減速器的簡(jiǎn)稱 ；日本Nabtesco Corporation（納博特斯克）1985年研發(fā)；減速原理 = 擺線針輪減速 + 行星齒輪減速；納博特斯克是全球最早、最大、最著名，幾乎唯一的RV減速器生產(chǎn)企業(yè)；國(guó)內(nèi)有山寨產(chǎn)品，但性能差距十分大；實(shí)際也可用于升速；在機(jī)器人上，總是用于減速，故稱RV減速器。2. 結(jié)構(gòu)與原理基本結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，包括行星齒輪、曲軸、擺線針輪3大部分。輸入太陽(yáng)輪行星齒輪2. 行星齒輪曲軸RV齒輪3. RV齒輪針齒銷針輪 傳動(dòng)路線太陽(yáng)輪（輸入軸）帶動(dòng)行星齒輪（2或3個(gè)）旋轉(zhuǎn) ； 第一級(jí)、

17、正齒輪減速；行星齒輪帶動(dòng)曲軸（2或3根）旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)曲軸帶動(dòng)RV齒輪（2片）擺動(dòng)；RV齒輪通過(guò)針齒銷推動(dòng)針輪偏轉(zhuǎn)； 簡(jiǎn)單RV減速器有時(shí)直接將RV齒輪、針輪做成齒輪，省略針齒銷。 RV齒輪和針輪存在齒差（一般為1） ，RV齒輪旋轉(zhuǎn)一周，只能推動(dòng)針輪偏轉(zhuǎn)一個(gè)齒差。 第二級(jí)、差動(dòng)齒輪變速。變速原理 觀看原理視頻曲軸回轉(zhuǎn)RV齒輪和針輪嚙合位置（最高點(diǎn)）一齒、一齒順時(shí)針移動(dòng)針齒銷推動(dòng)針輪緩慢偏轉(zhuǎn) 差動(dòng)齒輪變速原理曲軸回轉(zhuǎn)360，針輪偏移1個(gè)齒差 結(jié)論： 可將曲軸（行星齒輪）的360回轉(zhuǎn)變成針輪（輸出）一個(gè)齒差的偏轉(zhuǎn)。 第一級(jí)（正齒輪減速）輸出/輸入速比 i 1 = Z 1 / Z 2 Z 1：太陽(yáng)輪齒數(shù)；

18、Z2：行星齒輪齒數(shù)第二級(jí)（差動(dòng)齒輪變速，針輪輸出時(shí)） i 2 =（ Z 4 Z 3 ）/ Z 4 Z 4 ：針輪齒數(shù)（針齒銷數(shù)）；Z3 ：RV齒輪齒數(shù) 如齒差為1，則（ Z 4 Z 3 ）= 1 i 2 =（ Z 4 Z 3 ）/ Z 4 = 1 / Z 4 總變速比（針輪輸出/太陽(yáng)輪輸入，齒差為1） i =（ Z 1 / Z 2 ）（1 / Z 4 ）= Z 1 / ( Z 2 Z 4 )變速比 定義: 基本減速比 R = 1 + ( Z 2 Z 4 ) / Z 1 以符號(hào) “-” 表示輸出與輸入轉(zhuǎn)向相反。 典型應(yīng)用：速比 i = - 1 / (R 1)減速比：-（ R 1 ）太陽(yáng)輪輸入針輪

19、輸出RV齒輪固定針輪固定RV齒輪輸出太陽(yáng)輪輸入速比 i = 1 / R減速比：R主要特點(diǎn)（相比諧波減速器）減速比較大、結(jié)構(gòu)剛性更好。 原因：齒差?。ㄍǔ?）、2級(jí)減速（減速比相乘，R= 30260）；針齒銷直徑較大、剛性高（諧波齒輪減速器柔輪為薄壁、小齒）。傳動(dòng)間隙較大、傳動(dòng)精度較低。 原因：2級(jí)齒輪傳動(dòng) + 曲軸擺動(dòng)，必然存在間隙；降低傳動(dòng)精度。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、調(diào)試、維修不及諧波減速器方便。 原因：零件多、不能分離安裝。 結(jié)論：諧波減速器：適合手腕（小體積、高精度）；RV減速器：適合機(jī)身（高剛性、大轉(zhuǎn)矩）。3. 產(chǎn)品型式 有基本型 、單元型（分標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、中空型）、齒輪箱型（分高速型、

20、標(biāo)準(zhǔn)型、基座型）3大類?；拘停∣riginal type ） P94、圖4.3-1, P99、圖4.3-4； 由外向內(nèi)（徑向）可分針輪層、RV齒輪層、芯軸層3層，每一層均可旋轉(zhuǎn)。針輪層RV齒輪層芯軸層針輪層由針輪和針齒銷組成；針輪是加工有法蘭和安裝孔的內(nèi)齒圈；針齒銷用來(lái)代替齒輪直接嚙合，減小摩擦阻力。 RV齒輪層（最復(fù)雜）包括RV齒輪、端蓋、輸出法蘭、曲軸組件等；RV齒輪、端蓋、輸出法蘭均為中空結(jié)構(gòu)，中間用來(lái)安裝芯軸；端蓋和輸出法蘭用來(lái)安裝曲軸支承軸承，兩者通過(guò)法蘭上的腳狀支架（23個(gè)）連為一體；腳狀支架所空出的空間用來(lái)安裝曲軸；RV齒輪套在腳狀支架外圓上，可偏擺、不能回轉(zhuǎn)； 曲軸組數(shù)量與減速器規(guī)格（輸出轉(zhuǎn)矩大?。┯嘘P(guān)，小規(guī)格2組，中、大規(guī)格為3組。 芯軸層包括芯軸和太陽(yáng)輪，安裝在減速器中心；中空型減速器的芯軸為空心軸；同規(guī)格減速器的減速比，通過(guò)正齒輪速比改變；減速比大、太陽(yáng)直徑小，芯軸、太陽(yáng)輪一