为什么高精度机器人普遍使用谐波减速器而不是普通减速器？

机器人作为一种能够代替人类完成各种工作的智能设备，已经广泛应用于工业生产、医疗卫生、军事防卫等领域。其中，机器人的关节传动系统是机器人运动的核心，而减速器作为关节传动系统中的重要组成部分部分，对机器人的性能和技术水平起着至关重要的作用。目前，机器人常用的减速器主要有谐波减速器和普通减速器两种。

一、谐波减速器与普通减速器的对比
1. 结构对比

谐波减速器是一种基于柔性齿轮原理的高精度减速器，其机构由三个主要部分组成：刚性齿轮、谐波发生器和柔性齿轮。工作时，刚性齿轮固定安装，每个齿均均匀分布在周围，外齿形状的柔性齿轮沿着刚性齿轮的内齿旋转。柔性齿轮比刚性齿轮少两个齿，因此柔性齿轮在刚性齿轮每一转中通过相应角度以相反方向旋转两个齿。其中，谐波发生器具有椭圆形轮廓，安装在谐波发生器上的球用于支撑柔性齿轮，谐波发生器驱动柔性齿轮旋转并使其塑性变形。其旋转时，柔性齿轮椭圆形端部的只有少数齿与刚性齿轮啮合。只有这样，柔性齿轮才能相对于刚性齿轮自由旋转一定角度。

而普通减速器则是由齿轮、轴承和外壳等组成。相比之下，谐波减速器的结构更为复杂，但也因此具备了更高的精度和可靠性。

2. 传动效率对比

谐波减速器的传动效率通常在90%以上，而普通减速器的传动效率则在80%左右。这是因为谐波减速器采用了柔性齿轮的传动原理，减少了传动过程中的能量损耗。

3. 精度对比

谐波减速器的精度通常在1弧分以下，而普通减速器的精度则在5弧分左右。这是因为谐波减速器采用了柔性齿轮的传动原理，具备了更高的精度和重复定位精度。

4. 承载能力对比

谐波减速器的承载能力通常在1000N.m以上，而普通减速器的承载能力则在500N.m左右。这是因为谐波减速器采用了柔性齿轮的传动原理，具备了更高的承载能力。

二、谐波减速器的性能

1. 高精度

谐波减速器采用了柔性齿轮的传动原理，具备了更高的精度和重复定位精度。这使得机器人在运动过程中能够更加精确地控制位置和姿态。

2. 高承载能力

谐波减速器采用了柔性齿轮的传动原理，具备了更高的承载能力。这使得机器人能够承受更大的负载，提高了机器人的工作能力和稳定性。

3. 高传动效率

谐波减速器的传动效率通常在90%以上，减少了传动过程中的能量损耗。这使得机器人在工作过程中能够更加高效地利用能源，提高了机器人的工作效率。

4. 高可靠性

谐波减速器的结构复杂，但也因此具备了更高的可靠性。谐波减速器采用了柔性齿轮的传动原理，减少了传动过程中的摩擦和磨损，延长了机器人的使用寿命。

基于上述对比，机器人需要小尺寸和高精度的性能。而谐波减速器能最大程度上达到高精度、小间隙、大减速比和小尺寸的技术性能，符合小型和中型机器人灵活性的需求。为此，高传动比、紧凑尺寸且无反向间隙——这就使得谐波减速器成为精密工业机器人的关键组件，得益于机器人关节广泛使用谐波减速器，工业机器人被认为具有极高的重复性。现代工业机器人的重复性可以在数千个循环操作中达到几微米。

例如，这个视频展示了使用某品牌谐波减速器的单轴机器人的重复性测试，最终实验测得的重复性小于1微米（0.001毫米）。

三、总结

机器人使用谐波减速器与普通减速器相比，具备了更高的精度、承载能力、传动效率和可靠性。因此，在机器人研发和应用中，选择合适的减速器对于提高机器人的性能和技术水平具有重要意义。

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