機器人用RV減速器參數化設計

何衛東，劉珂熒，吳鑫輝

(大連交通大學 機械工程學院，遼寧 大連 116028)

機器人用RV減速器參數化設計

何衛東，劉珂熒，吳鑫輝

(大連交通大學 機械工程學院，遼寧 大連 116028)

以機器人用RV減速器零部件為研究對象，討論了其參數化設計系統的設計思路與開發流程，在Pro/E 4.0環境下，利用Pro/Toolkit 二次開發工具包和Microsoft Visual Studio 2005作為二次開發工具，成功開發出了RV減速器零部件三維模型的參數化設計系統，提高了RV減速器的系列化設計效率，增強了減速器產品設計的靈活性，為減速器參數化通用設計平臺的實現奠定了基礎.

RV減速器；參數化；二次開發

0 引言

目前，Pro/E軟件提供了參數化三維造型的技術支持,但是由于它是通用的設計軟件,沒有針對特定產品設計專用的開發模塊,因而無法滿足專業性強的設計需求，也不能有效利用已有的設計資源.若企業想要實現產品的參數化設計，則必須求助于軟件本身的二次開發工具并結合參數化技術，開發出適合具體產品的設計要求的應用程序，添加參數化設計的專用模塊.

RV傳動不僅保留了傳統擺線針輪行星傳動所具有的體積小、重量輕、傳動效率高等優點，而且采用兩級減速機構，使得處于低速級的擺線針輪行星傳動更加平穩，同時，轉臂軸承數量增多且內外環相對轉速降低，其壽命大大提高，還具有傳動比范圍大等特點[1].因此，RV減速器在各個工業領域中得到了廣泛應用，尤其是在機器人方面.在設計出一個型號的RV減速器后，亟待與其同系列的RV減速器問世以適合不同的工況，而同一系列的RV減速器結構相同或相似，只是尺寸大小不同，因此同一系列的RV減速器的設計具有相似性和繼承性，為快速設計提供了基礎條件.

參數化設計系統不僅能夠讓設計者更快更好地對市場需求做出反應，而且能夠縮短產品設計周期.對于新產品的研發過程，使用參數化設計系統還可以十分方便地修改圖形，并能將以往產品設計的經驗和知識繼承下來，提高產品設計的精度和設計的效率[2].

1 RV減速器的結構和工作原理

圖1是RV傳動的機構簡圖，它由漸開線行星齒輪傳動和擺線針輪行星傳動兩部分組成.漸開線行星齒輪與曲柄軸連為一體，作為RV減速器的第一級傳動.當漸開線太陽輪順時針方向旋轉時，漸開線行星齒輪在公轉的同時并逆時針方向自轉，通過曲柄軸帶動擺線輪作偏心運動.此時，擺線輪因受與之嚙合的針輪的約束，在其繞針輪軸線公轉的同時并順時針方向自轉.同時將順時針方向轉動通過曲柄軸傳遞給行星架輸出機構，完成減速輸出[3].

圖1 RV傳動機構簡圖

2 參數化設計基本思路

參數化設計亦稱作尺寸驅動，就是將設計要求、設計原則、設計方法和設計結果用靈活可變的參數來表示，以便根據實際情況隨時加以更改.現以Pro/E 4.0為開發平臺，利用Pro/E的二次開發軟件包Pro/TOOLKIT，并以Microsoft Visual Studio 2005作為開發工具,開發一套RV減速器零部件參數化設計系統.

參數化程序設計的基本思路是：①利用 Pro/E 軟件建立RV減速器零部件的三維模型；②建立各個零件特征尺寸參數和三維模型的實時相關性；③利用Microsoft Visual Studio 2005中的VC++平臺編寫菜單及參數化設計界面程序，對程序進行編譯與連接；④制作資源文件和注冊文件，進行應用程序的注冊，將程序集成到Pro/E系統中；⑤在Pro/E中運行應用程序，在某個零件的參數化設計界面中輸入參數后，程序自動打開并更新零件三維模型[4].

3 RV減速器參數化系統設計的流程

3.1 建立實體模型

RV40E減速器的主要零部件有齒輪軸、行星輪、擺線輪、偏心軸、左行星架、右行星架、針齒、針齒殼、滾柱軸承等.在建立實體模型的過程中，注意與二維工程圖對應建立，由于在參數化過程中，是利用更改二維工程圖中顯示的參數，來驅動三維模型的尺寸，所以在建模的過程中就要使三維模型的尺寸與工程圖中的尺寸有一定的相關性，不能出現多余尺寸.RV減速器中的針齒殼工程圖和模型實例如圖2(a)、(b)所示，擺線輪工程圖和模型實例如圖3(a)、(b)所示.

(a)針齒殼工程圖

(b)針齒殼三維模型

(a)擺線輪工程圖

(b)擺線輪三維模型

3.2 設置參數和關系

對于某些模型，尺寸與尺寸之間需要建立約束關系，如兩兩相等或者是大小關系的約束；而對于某些特殊曲線，需要參數來驅動，這時就需要添加控制曲線方程的參數.

3.3 創建VC對話框

在Pro/Toolkit與VC程序實現通訊的過程中，首先創建.DLL動態鏈接庫，使Pro/Toolkit程序可以直接使用Microsoft Visual Studio 2005中建立的對話框界面.選用Microsoft Visual Studio 2005作為開發工具，可以自主設計人機交互對話框界面，安排工程圖與控件的位置，提供圖形與文字共存的可視化環境，使操作更為自然、簡便和快捷.DLL動態鏈接庫是同函數對象以及資源等組成的二進制的庫文件，此庫文件能同時被多個進程(或應用程序)共享使用，也就是說，它是其他應用程序在運行時可以調用的一組服務和函數的模塊.需要注意，在工程中插入了頭文件后，需要在相應的源文件中添加聲明.

3.4 創建輔助應用程序

輔助應用程序是二次開發工具與Pro/E系統的接口，它由Microsoft Visual Studio 2005生成，在Pro/E系統中啟用，為Pro/E系統添加菜單與彈出式對話框，實現Pro/E菜單欄的修改與參數化界面的生成.需要注意的是，一定要將前面生成的.dll和.lib文件復制到新建的文件夾中，并將.lib文件添加在附加依賴項中，否則將無法完成調用[5].

3.5 編寫資源文件和注冊文件

資源文件用于定義調用.dll時的菜單項顯示內容的ASCII 碼文件，可以用文字處理軟件建立,但必須以純文本格式.txt保存.而注冊文件用于使Pro/E系統識別并執行Pro/Toolkit應用程序，文件格式為.dat[6].

3.6 運行應用程序

運行Pro/E 4.0，啟用注冊輔助應用程序，可實現對Pro/E系統添加參數化設計系統.在菜單中即出現新增菜單項以及下拉菜單，如圖4所示.在RV減速器參數化設計系統中,通過系統的主菜單可以調出相應零件的參數輸入對話框,然后在該參數輸入對話框中輸入相應的參數值即可建立相應零件的三維模型.選中針齒殼，在彈出的參數化界面中輸入參數，選擇更新模型，便可以得到新的模型，如圖5所示.選中擺線輪后輸入參數的運行結果如圖6所示.

圖4 RV參數化菜單生成圖

圖5 針齒殼參數第一組數據運行結果

圖6 擺線輪參數化數據運行結果

4 結論

通過分析RV40E減速器的結構特點和工作原理，利用Pro/E的二次開發軟件包Pro/TOOLKIT，并以 Microsoft Visual Studio 2005作為開發工具，根據本論文研究的設計思想與開發過程，開發了一套RV減速器參數化設計系統，建立了人機交互界面與模型之間的參數傳遞，實現了交互界面對模型特征再生和保存的控制功能，能夠快速生成滿足要求的系列化減速器，同時簡化了操作過程，而且還可以方便、快捷地對減速器多個結構參數進行同步修改，大大提高了工作效率與設計質量并縮短了研發周期.

[1]何衛東,李力行.RV傳動的研究[J].大連鐵道學院學報,1993(9)：104- 107.

[2]張文芳,王春燕,葛家山.基于Pro/E的二級圓柱減速器的設計系統開發[J].機械設計與制造工程，2013(1):26- 27.

[3]王文斌.機械設計手冊[M].北京:機械工業出版社,2004：17- 125.

[4]趙振宇,張磊明,劉白,等.基于Pro/Toolkit二次開發的減速箱軸參數化設計[J].機械工程師，2009(3):92- 94.

[5]李翔鵬.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0高級實例[M].北京:中國鐵道出版社，2006.

[6]孟慶玲,何衛東.雙曲柄四環板針擺行星減速器參數化設計[J].機械工程師，2008(6):114- 116.

Parameterization Design of RV Reducer

HE Weidong,LIU Keying,WU Xinhui

(School of Mechanical Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China)

Aiming at a new type of cycloid-pin gear planetary reducer,the design idea and development process of the parameterization design system are discussed.Under Pro/E 4.0 and using Pro/Toolkit and Microsoft Visual Studio 2005 as secondary development tool,a parameterization design system of the RV reducer part 3d model is developed successfully.The efficiency of its serialization design is improved,and the flexibility of the reducer product design is enhanced.

RV reducer;parameterization;secondary development

1673- 9590(2015)01- 0047- 04

2014- 03- 21

國家自然科學基金資助項目(51375064)

何衛東(1967-)，男，教授，博士，主要從事現代機械傳動的研究

E-mail:hwd5870@163.com.

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