摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人技術(shù)在空間領(lǐng)域也占有了一席之地，當(dāng)前需要有一種結(jié)構(gòu)緊湊而且簡單可靠的機械機構(gòu)應(yīng)用于機器人末端操作器的傳動。而蝸輪蝸桿副就具有傳動簡單、方便的優(yōu)點，特別適合作為對夾式操作器的傳動機構(gòu)。本文通過試驗和分析，研究蝸輪蝸桿在機器人操作器中的安裝、潤滑。對蝸輪蝸桿進(jìn)行空間環(huán)境適應(yīng)性測試，結(jié)果表明，蝸輪蝸桿副具備空間應(yīng)用的能力，可以滿足空間環(huán)境的要求。

關(guān)鍵詞：蝸輪蝸桿副；空間操作器；環(huán)境驗證

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.254

0 引言

隨著我國空間技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了大量的空間生產(chǎn)、加工、安裝維護(hù)以及修理工作，需要我們?nèi)ネ瓿?。借用機器人輔助完成任務(wù)，或者是對機器人末端執(zhí)行任務(wù)的操作器進(jìn)行合理的配置，都可以在很大程度上降低宇航員在從事危險工作時的風(fēng)險，還可以有效的減少資金的使用。當(dāng)前，機器人末端操作器主要有以下幾種：螺母絲杠、諧波減速器以及行星減速器等[1]。蝸輪蝸桿雖然具有自鎖能力，而且體積緊湊、減速比大，但是空間環(huán)境具有非常低溫度，輻射強，振動強，而且還有高度真空等特點，因此，所有要在空間環(huán)境中應(yīng)用的配件都必須在其上天之前，對其進(jìn)行空間環(huán)境適應(yīng)性的分析，以此來獲取這些配件在空間環(huán)境下所表現(xiàn)的性能。

1 蝸輪蝸桿應(yīng)用分析

1.1 蝸輪蝸桿副應(yīng)用概述

機器人末端操作器的結(jié)構(gòu)采用的是對夾式，也就是常說的手指對稱運動的開合運動[2]，所以，蝸輪蝸桿的傳動機構(gòu)必須是一個蝸桿驅(qū)動兩個蝸輪的結(jié)構(gòu)。將蝸桿的軸線看作是操作器的主軸，蝸輪是左右對稱的位置放置的。空間機器人末端操作器，就是在機器人的末端，用于對接活動，以及抓捕活動，其具有非常大的振動沖擊，溫度非常多變且變化幅度大，屬于機器人整個系統(tǒng)中工作情況相對比較惡劣的一個零件。所以，機器人末端操作器的各項性能，例如，潤滑、密封等，這些都必須對溫度的變化有極高程度的耐受性，即使是惡劣的環(huán)境，也必須能夠正常運行。

1.2 蝸輪蝸桿副的潤滑

在空間環(huán)境中進(jìn)行潤滑，主要就是想要減小摩擦阻力，以此使得運動的性能可以得到提高，而且還可以避免出現(xiàn)冷焊的情況。空間環(huán)境中具有的特性，例如，低溫、真空等，使得潤滑油的密封非常困難，蝸輪蝸桿副就不能使用潤滑油，普通的潤滑脂又會有凝結(jié)的情況，或者是一定程度的揮發(fā)，因此，只能應(yīng)用低溫潤滑脂。雖然說在空間環(huán)境中絕大多數(shù)的活動零部件都是應(yīng)用固體潤滑的方式進(jìn)行潤滑的，但其主要是應(yīng)用在軸承上[3]，對于其是否可以在蝸輪蝸桿副上使用，還沒有得到驗證。所以，此次研究將對于蝸輪蝸桿副的潤滑方式進(jìn)行研究，將蝸輪蝸桿副的效率作為評價潤滑的標(biāo)準(zhǔn)。

2 蝸輪蝸桿的空間環(huán)境驗證

為了驗證采用蝸輪蝸桿副所設(shè)計的機器人末端操作器是否符合要求，對操作器進(jìn)行了各項試驗，例如，振動試驗、熱真空試驗等。對試驗前后的各項數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄并進(jìn)行分析比較，檢驗蝸輪蝸桿副的各項性能，是否滿足設(shè)計的規(guī)定要求。

2.1 振動試驗

振動試驗是利用振動試驗臺，對發(fā)射振動的工作情況進(jìn)行模擬，從而檢驗蝸輪蝸桿副以及機器人末端操作器的抗振動性能。為了試驗與實際的工作情況比較相符，在試驗時所輸入的條件，都是在實際工作中較為常見的振動頻率，振動幅度等。振動輸入條件見表1。

2.2 熱真空試驗

熱真空試驗是為了檢驗蝸輪蝸桿蝸桿副在不同的溫度下，其所表現(xiàn)的適應(yīng)情況，并根據(jù)其連續(xù)工作的時長，對蝸輪蝸桿副的壽命和力學(xué)性能進(jìn)行驗證。熱真空試驗輸入條件如圖1所示。

2.3 試驗結(jié)果

振動試驗的結(jié)果為：蝸輪蝸桿實驗前后的效率沒有很大差別，并有了一定程度的提高，這就表明，在高低溫的環(huán)境中，以及力學(xué)試驗方面，蝸輪蝸桿副雖然反復(fù)運行，但其在這個過程中沒有受到損害。

熱真空試驗結(jié)果為：在空間環(huán)境中的高溫時段、低溫時段分別對蝸輪蝸桿副進(jìn)行了不同位置的啟動PWM測量，結(jié)果為，與常溫?zé)o太大異常，手爪對溫度具有較好的適應(yīng)性。

2.4 結(jié)論

通過分析研究蝸輪蝸桿副，解決了蝸輪蝸桿副在空間環(huán)境中使用存在的問題，從試驗中可以得出以下幾點結(jié)論：⑴通過對蝸輪蝸桿副進(jìn)行各方面試驗分析，例如，力學(xué)、溫度等，可以設(shè)計出能夠適應(yīng)超低溫、強振動、高度真空等惡劣環(huán)境的蝸輪蝸桿副。⑵蝸桿的傳統(tǒng)采用固體潤滑不能成功，而采用潤滑脂的蝸桿傳統(tǒng)成功。⑶一個蝸桿兩個蝸輪的結(jié)構(gòu)實施性很強，可以達(dá)到末端操作器的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳寧新.雙包絡(luò)蝸輪蝸桿的現(xiàn)代設(shè)計與檢測方法（邀請論文）[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，41（11）：1601-1610.

[2]高永鋒，李海珍.蝸輪蝸桿副在機動、手動進(jìn)給傳動機構(gòu)中的應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機床，2011（10）：43-44.

[3]葛陽.應(yīng)用雙蝸桿傳動的數(shù)控轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（02）：198.

作者簡介：康博（1985-），男，北京人，碩士研究生，講師，研究方向：機械設(shè)計、機電一體化技術(shù)。