机器人用RV减速器参数化设计

何卫东，刘珂荧，吴鑫辉

(大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028)

机器人用RV减速器参数化设计

何卫东，刘珂荧，吴鑫辉

(大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028)

以机器人用RV减速器零部件为研究对象，讨论了其参数化设计系统的设计思路与开发流程，在Pro/E 4.0环境下，利用Pro/Toolkit 二次开发工具包和Microsoft Visual Studio 2005作为二次开发工具，成功开发出了RV减速器零部件三维模型的参数化设计系统，提高了RV减速器的系列化设计效率，增强了减速器产品设计的灵活性，为减速器参数化通用设计平台的实现奠定了基础.

RV减速器；参数化；二次开发

0 引言

目前，Pro/E软件提供了参数化三维造型的技术支持,但是由于它是通用的设计软件,没有针对特定产品设计专用的开发模块,因而无法满足专业性强的设计需求，也不能有效利用已有的设计资源.若企业想要实现产品的参数化设计，则必须求助于软件本身的二次开发工具并结合参数化技术，开发出适合具体产品的设计要求的应用程序，添加参数化设计的专用模块.

RV传动不仅保留了传统摆线针轮行星传动所具有的体积小、重量轻、传动效率高等优点，而且采用两级减速机构，使得处于低速级的摆线针轮行星传动更加平稳，同时，转臂轴承数量增多且内外环相对转速降低，其寿命大大提高，还具有传动比范围大等特点[1].因此，RV减速器在各个工业领域中得到了广泛应用，尤其是在机器人方面.在设计出一个型号的RV减速器后，亟待与其同系列的RV减速器问世以适合不同的工况，而同一系列的RV减速器结构相同或相似，只是尺寸大小不同，因此同一系列的RV减速器的设计具有相似性和继承性，为快速设计提供了基础条件.

参数化设计系统不仅能够让设计者更快更好地对市场需求做出反应，而且能够缩短产品设计周期.对于新产品的研发过程，使用参数化设计系统还可以十分方便地修改图形，并能将以往产品设计的经验和知识继承下来，提高产品设计的精度和设计的效率[2].

1 RV减速器的结构和工作原理

图1是RV传动的机构简图，它由渐开线行星齿轮传动和摆线针轮行星传动两部分组成.渐开线行星齿轮与曲柄轴连为一体，作为RV减速器的第一级传动.当渐开线太阳轮顺时针方向旋转时，渐开线行星齿轮在公转的同时并逆时针方向自转，通过曲柄轴带动摆线轮作偏心运动.此时，摆线轮因受与之啮合的针轮的约束，在其绕针轮轴线公转的同时并顺时针方向自转.同时将顺时针方向转动通过曲柄轴传递给行星架输出机构，完成减速输出[3].

图1 RV传动机构简图

2 参数化设计基本思路

参数化设计亦称作尺寸驱动，就是将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，以便根据实际情况随时加以更改.现以Pro/E 4.0为开发平台，利用Pro/E的二次开发软件包Pro/TOOLKIT，并以Microsoft Visual Studio 2005作为开发工具,开发一套RV减速器零部件参数化设计系统.

参数化程序设计的基本思路是：①利用 Pro/E 软件建立RV减速器零部件的三维模型；②建立各个零件特征尺寸参数和三维模型的实时相关性；③利用Microsoft Visual Studio 2005中的VC++平台编写菜单及参数化设计界面程序，对程序进行编译与连接；④制作资源文件和注册文件，进行应用程序的注册，将程序集成到Pro/E系统中；⑤在Pro/E中运行应用程序，在某个零件的参数化设计界面中输入参数后，程序自动打开并更新零件三维模型[4].

3 RV减速器参数化系统设计的流程

3.1 建立实体模型

RV40E减速器的主要零部件有齿轮轴、行星轮、摆线轮、偏心轴、左行星架、右行星架、针齿、针齿壳、滚柱轴承等.在建立实体模型的过程中，注意与二维工程图对应建立，由于在参数化过程中，是利用更改二维工程图中显示的参数，来驱动三维模型的尺寸，所以在建模的过程中就要使三维模型的尺寸与工程图中的尺寸有一定的相关性，不能出现多余尺寸.RV减速器中的针齿壳工程图和模型实例如图2(a)、(b)所示，摆线轮工程图和模型实例如图3(a)、(b)所示.

(a)针齿壳工程图

(b)针齿壳三维模型

(a)摆线轮工程图

(b)摆线轮三维模型

3.2 设置参数和关系

对于某些模型，尺寸与尺寸之间需要建立约束关系，如两两相等或者是大小关系的约束；而对于某些特殊曲线，需要参数来驱动，这时就需要添加控制曲线方程的参数.

3.3 创建VC对话框

在Pro/Toolkit与VC程序实现通讯的过程中，首先创建.DLL动态链接库，使Pro/Toolkit程序可以直接使用Microsoft Visual Studio 2005中建立的对话框界面.选用Microsoft Visual Studio 2005作为开发工具，可以自主设计人机交互对话框界面，安排工程图与控件的位置，提供图形与文字共存的可视化环境，使操作更为自然、简便和快捷.DLL动态链接库是同函数对象以及资源等组成的二进制的库文件，此库文件能同时被多个进程(或应用程序)共享使用，也就是说，它是其他应用程序在运行时可以调用的一组服务和函数的模块.需要注意，在工程中插入了头文件后，需要在相应的源文件中添加声明.

3.4 创建辅助应用程序

辅助应用程序是二次开发工具与Pro/E系统的接口，它由Microsoft Visual Studio 2005生成，在Pro/E系统中启用，为Pro/E系统添加菜单与弹出式对话框，实现Pro/E菜单栏的修改与参数化界面的生成.需要注意的是，一定要将前面生成的.dll和.lib文件复制到新建的文件夹中，并将.lib文件添加在附加依赖项中，否则将无法完成调用[5].

3.5 编写资源文件和注册文件

资源文件用于定义调用.dll时的菜单项显示内容的ASCII 码文件，可以用文字处理软件建立,但必须以纯文本格式.txt保存.而注册文件用于使Pro/E系统识别并执行Pro/Toolkit应用程序，文件格式为.dat[6].

3.6 运行应用程序

运行Pro/E 4.0，启用注册辅助应用程序，可实现对Pro/E系统添加参数化设计系统.在菜单中即出现新增菜单项以及下拉菜单，如图4所示.在RV减速器参数化设计系统中,通过系统的主菜单可以调出相应零件的参数输入对话框,然后在该参数输入对话框中输入相应的参数值即可建立相应零件的三维模型.选中针齿壳，在弹出的参数化界面中输入参数，选择更新模型，便可以得到新的模型，如图5所示.选中摆线轮后输入参数的运行结果如图6所示.

图4 RV参数化菜单生成图

图5 针齿壳参数第一组数据运行结果

图6 摆线轮参数化数据运行结果

4 结论

通过分析RV40E减速器的结构特点和工作原理，利用Pro/E的二次开发软件包Pro/TOOLKIT，并以 Microsoft Visual Studio 2005作为开发工具，根据本论文研究的设计思想与开发过程，开发了一套RV减速器参数化设计系统，建立了人机交互界面与模型之间的参数传递，实现了交互界面对模型特征再生和保存的控制功能，能够快速生成满足要求的系列化减速器，同时简化了操作过程，而且还可以方便、快捷地对减速器多个结构参数进行同步修改，大大提高了工作效率与设计质量并缩短了研发周期.

[1]何卫东,李力行.RV传动的研究[J].大连铁道学院学报,1993(9)：104- 107.

[2]张文芳,王春燕,葛家山.基于Pro/E的二级圆柱减速器的设计系统开发[J].机械设计与制造工程，2013(1):26- 27.

[3]王文斌.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004：17- 125.

[4]赵振宇,张磊明,刘白,等.基于Pro/Toolkit二次开发的减速箱轴参数化设计[J].机械工程师，2009(3):92- 94.

[5]李翔鹏.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0高级实例[M].北京:中国铁道出版社，2006.

[6]孟庆玲,何卫东.双曲柄四环板针摆行星减速器参数化设计[J].机械工程师，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

国家自然科学基金资助项目(51375064)

何卫东(1967-)，男，教授，博士，主要从事现代机械传动的研究

E-mail:hwd5870@163.com.

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