有些对机械领域不太了解的同学可能一直有个疑问，那就是为什么不直接控制电机直接控制机器人关节运动?工业机器人的动力源一般为交流伺服电机，它由脉冲信号驱动，本身就可以实现调速，再加个减速机是不是有些多余呢？说到减速机在前面《工业机器人核心部件》一期中我们在概念上已经有了相对整体的认识，对于国内和国际上技术的发展状况和差距也有了一定的了解，今天就让我们具体聊聊减速机，探究一下这个问题的答案。

       首先让我们了解一下什么是减速机，来自于维基百科的定义：

       减速机是原动机和工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。

       为什么要降低转数？为什么要增大转矩呢？我们以一个齿轮的运动为例来分析一下。

       首先看一下齿轮的功率是如何计算的：

       为了便于理解您可以把齿轮简化成杠杆，把齿轮的接触点作为杠杆的力臂尽头，把齿轮的圆心作为杠杆原点。

       有了这个前提我们将公式分解一下，作用方向的距离和时间的比值等于齿轮的周长和转速的乘积，周长又等于半径乘2Π，而作用力乘上半径又等于扭矩，于是得到如下公式：

       可以看出在功率相同的情况下，转速与扭矩成反比，所以减速机减慢了转速，自然也就增大了扭矩。

       好了，有了以上的理论基础下面我们就来尝试回答一下前面的问题，要回答这个问题，首先要明确工业机器人的实际工况和需求：

       1、工业机器人的关节需要撑住后端机构由于重力产生的扭矩。

       2、工业机器人关节转速不高。机器人关节角速度很低，可电机在极低的速度下转动是不平稳的，控制不易，需要一个机械让电机在较合理的转速下运动，保证运动的平顺。

       3、 为保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工序任务，并确保工艺质量，对工业机器人的定位精度和重复定位精度要求很高。

       为了解决以上问题需要在提升扭矩、保证电机转速和控制分辨率和闭环精度三方面找到有效的解决办法，而减速机就能轻松解决这些问题。

       提扭矩一个50:1的谐波减速机就能轻松将一个额定100mNm的电机的额定扭矩提升到5Nm，而如果是直驱的5Nm电机就需要更大的体积来保证其输出功率，想做的更小就要增加电机的电流，这样又会造成电机的严重发热，降低了电机的使用寿命和可靠性，而维持相同扭矩增加减速机的电机发热量只是原来的1/2500。

       保证电机的转速本来工业机器人的关节转速就不高，一般都是每秒一两转，额定100mNm的电机轻松跑6k转/min。要是嫌转的不够快?解决办法就是电压，但这要考虑的是轴承和转子是否撑得住。

       控制分辨率和闭环精度分辨率高的好处是转速控制可以更精确，由于量化造成的阶跃产生的高频分量变得很小，控制更加平滑。转子等效的转动惯量提高到了2500倍，使得控制环路的滞后环节受转子惯量占主导，而转子由于直接受电磁力的驱动从而没有由于刚度造成的扭矩滞后，比直驱要好控。

       所以如果工业机器人使用伺服电机直接驱动，在低频运转下容易发热和出现低频振动，对于长时间和周期性工作的工业机器人这都不利于确保其精确、可靠地运行。而减速机能够使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。与通用减速机相比，机器人关节减速电机要求具有传动链短、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机主要有两类：rv减速机和谐波减速机。相比于谐波减速机，RV减速机具有更高的刚度和回转精度。因此在关节型工业机器人中，一般将RV减速机放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置；而将谐波减速机放置在小臂、腕部或手部；行星减速机一般用在直角坐标工业机器人上。

       经过前面的分析问题的答案是不是很明确了呢，如果您还没搞明白，看过下图您一定会明白为什么必须由减速机进行传动的输出了。

       当然高价格的因素很多，大家都知道有一部分原因是来自市场的垄断，但归根到底还是因为减速机的技术门槛非常之高，它对材料科学，精密加工装备，加工精度，装配技术，高精度检测技术都提出了极高的要求。所以造出一个好的减速机真不是件容易的事，好了，本期的内容就到这吧，如果您觉得有所收获，分享给更多的朋友，我们下期见。