关键词：滚轮驱动；往复精度；背隙；摆线齿

　　0　引言
在自动化生产线中，机器人移动系统是直线运动机构中自动化生产必不可少的环节。为了提高机器人的工作效率，机器人在直线运动过程中需要在轨道上快速移动，精确定位，因此机器人移动的驱动系统就需要能够满足快速移动、精确定位的驱动系统，而滚轮驱动机构做为一种新型的驱动系统，由于在驱动过程中滚轮与齿条间不产生背隙，进给精度得到提高，滚轮在齿条上滑动就避免了使用传统齿轮齿条来进行长距离的驱动传输中精度低，噪音大、产生较大的粉尘的缺点。
1　滚轮齿条的运行特点
1.1零背隙　摆线型的多齿（滚销）同时啮合，齿（滚销）时常有2-3处与齿条保持接触，正反方向都不发生齿背间隙，这样便在双向消除间隙。
1.2高精度　凸齿和滚柱相配合，不使用齿轮，进给精度（由滚动到直线配合）和定位精度几乎等同于滚珠丝杠精度，最高传动精度可达到±30μm，完成通常只能由直线电机才能提供的高定位精度。
1.3低噪音　低振动轴承支撑的滚销在次摆线齿面上圆滑滚动，滚轮摆线齿做高效的平稳运行。无啮合噪音，无明显的运行噪音，不会产生令人不悦的敲齿声和滚动声，同时也减少了振动。
1.4低灰尘　由于是圆滑的滚动接触、同时旋转部分是小径低速，低摩擦只产生微小的发热和灰尘。
1.5结构简单　齿轮和齿条调套装置原理，加大了产品的自由设计空间而易于安装，降低费用。
1.6实现长距离　高速化使用接续夹具可以实现长距离传动，它具有滚珠丝杠无法完成的长距离进给，高速运行超过210m/min，并且在高速运动下，超低的摩擦设计不产生发热现象或部件磨损。直线滚轮齿条传动系统采用模块化设计，长度可根据应用需要进行组合，也可以根据需要切割成更短的长度，这非常有益于齿条的存储、有效供应、降低成本和实现互换。齿条的连接使用专用接续夹具，通过齿条的轮齿将前段齿条的位置精度准确传递至下一段齿条。
2　滚轮齿条的构造原理
2.1齿条的形成　圆在平面上进行无滑动滚动时，圆周上的任意点P划过的轨迹线被称为摆线（如图1），如果取圆周上的复数等间距点，平面上就会形成规则的摆线和理论齿形（如图2）。
将滚子（滚销）放置于每一个P点上当作“齿轮”，齿形的轮廓滚子（滚销）当作“齿条”。“齿轮”和“齿条”相配合就形成了滚轮齿条的工作原理。（如图3）这种工作原理是理论上的重大突破，齿顶高得到了修正，消除了“根切”的缺陷。新的成型齿能够与多元齿总是连续性地与滚动滚子（滚销）啮合。（此理论由Yamanash大学教授Hiroshi Makino分析）

　　2.2滚轮齿条的机械构造　图4中所示为新型的滚轮齿条的示意图，滚轮（1）与齿条（4）啮合，齿条（4）固定，滚轮（1）转动驱动齿条（4），滚轮（1）实现由圆周运动转为直线运动。轴承支撑的滚销（2）在次摆线齿面上圆滑滚动，不会产生令人不悦的敲齿声和滚动声，同时也减少了振动。滚轮（1）与齿条（4）啮合，接触部位（3）常有2～3处保持接触，正逆方向上不产生齿间背隙。由于是圆滑的滚动接触、同时旋转部分滚销（2）是小径低速、低摩擦，只产生微小的发热和灰尘，更适合在洁净环境中使用。

　　2.3机器人移动系统机械构造　图5中所示为机器人移动驱动系统示意图，整个机器人（1）固定在机器人支撑架（2）上，动力单元（3）也固定在机器人支撑架（2）上，机器人支撑架（2）固定在滑动导向单元（6）上，齿条（5）与滑动导向单元支撑架与底座相连。动力单元（3）驱动滚轮（4）在齿条（5）上滚动，使机器人支撑架（2）通过滑动导向单元（6）在底座上做直线运动。

　　2.4滚轮齿条传动与普通齿轮齿条传动对比（表1）

表1

　　作为一种新型的滚轮齿条传动机构来代替以往的齿轮齿条传动机构。以往的齿轮齿条传动，齿轮和齿条在设计上必须有背隙存在，否则在啮合时会咬死，这为机器人在往复运动中的精度的控制增加了难度，因此传动精度低；而新型的滚轮齿条结构中，滚轮的滚销和齿条的次摆线齿面采用了零背隙的设计，接近于丝杠的精度，齿条可以拼接任意长度，所以比丝杠更适合用于长距离运动驱动。由于是滚动啮合，磨屑（粉尘）极少，低震动，低噪音，滚轮和齿条的表面经过超级防锈、防酸碱的冷电镀处理，更适合用于洁净环境中生产包装玻璃。在玻璃包装设备的后期的维护中，滚轮齿条不需要对滚轮和齿条增加润滑装置，只需要保证在齿条的表面有一层薄润滑脂即可长期使用，1-2次/年；在使用寿命上比普通的齿轮齿条更长。
3　结语
综上所述，滚轮齿条驱动与普通的齿轮齿条机构相比，具有零背隙、精度高、寿命长、噪音小、维护方便、适应洁净环境等显著特点，在快速移动、精度定位要求较高的机器人直线运动系统更具适用性。在自动化生产线上能为设备的稳定、快速、精确运行提供有力的保障，大大提高了产线的运转效率。
参考文献：
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[3]陶湘厅，袁锐波，罗璟.气动机械手的应用现状及发展前景[A].庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（上）[C].2007.