浅谈球形齿轮的仿生设计

　　伴随着科学技术的发展，在一些应用场合，现有的齿轮机构已不能满足某些特殊场合的运动传递要求，如全方位仿生运动球形关节、高性能机器人的柔性手腕关节和拟人型机器人的髓关节和肩关节等等。这些关节装置的一个共同特点是除了要求运动输入轴和输出轴之间传动比满足一定条件之外，还要求输入和输出两根轴线间的方位也能任意调整。这就是说，输出轴相对于输入轴必须能作全方位的偏转运动。这种运动恰好等同于一对球在作纯滚运动。因此，研究球形齿轮传动，无论是对于丰富机构学的理论，还是为了工程实际需要都是一件有价值的工作。

　　对球形齿轮的研究初是从研究机器人柔性手腕的过程中引发出来的。柔性手腕是一种由多个运动传递元件串接而成，主从运动元件之间可以相对转动，且能模仿人的手腕动作，使机器人在一定的空间区域内任意调整和改变手部三维空间姿态的定向机构。柔性手腕配合手臂运动就可以完成各种复杂的作业。

　　为了完成工业生产现场的各种复杂作业(如焊接、璃喷漆机喷漆等)，一般要求机器人的手腕具有三个自由度，方能满足工业机器人手部在一定的区域空间内沿任意方向把持所用工具的使用要求。而柔性手腕正好具备这一使用要求，因此，柔性手腕是机器人结构中的一个极其重要的部件，高性能的机器人一般都配备有柔性手腕。