和諧驅動器的運作原理
和諧驅動器是許多機器人應用中的重要部分。它的運作非常簡單，但看起來卻有點奇怪，這種齒輪系統非常精確，並且具有驚人的扭矩與重量比例，儘管它會有些搖晃。那麼，它是怎麼運作的呢？
這個看起來奇怪的和諧驅動器齒輪，其實在運作上相當聰明。它的設計是將一個彈性橢圓形放在圓形內，當它轉動時會產生搖晃的運動，並且在任何時刻，兩個主要齒輪的齒只有約三分之一會接觸到對方。但最終的結果是，這是一個非常緊湊且輕巧的驅動齒輪，能夠提供卓越的扭矩，並且達到絕對的精確度，沒有任何的間隙或自由遊動。
這個驅動器最早是由賓夕法尼亞州的C. Walton Musser於1957年發明的。他是一位非常有創意的發明家，擁有許多專利，從動力轉向系統、無後座力步槍到氣動救生衣充氣裝置，還有許多關於噴射飛機彈射座椅的關鍵想法。和諧驅動器在1960年代初期開始商業化。它由三個主要部分組成：
和諧驅動器
波形發生器：一個稍微橢圓形的輸入中心，外圍有一圈滾珠軸承。彈性齒圈：一個杯狀的彈性元件，外圍有齒。當橢圓形的波形發生器插入時，它會徑向變形，但在扭轉上保持剛性。圓形齒圈：一個完全剛性的環，內部有齒，類似於行星齒輪，並且比彈性齒圈多出兩個齒。
當波形發生器旋轉時，彈性齒圈兩端的約30%的齒會與圓形齒圈的齒接觸，形成一個向前推進的波動模式。這使得彈性齒圈在圓形齒圈內旋轉，但方向與輸入相反。看看這個：
和諧驅動器®應變波齒輪：運作原理 | 原創
這個系統的一個聰明之處在於它的零間隙——齒輪之間沒有遊動，這使得它非常適合精確的微調控制。它緊湊且輕巧的設計也非常適合空間有限的應用。而且，由於運動部件很少，和諧驅動器非常可靠且耐用。
如今，和諧驅動器無處不在，無論是在地球上還是太空中。像是Fanuc和Universal Robots等工業機器人使用它們來進行焊接和組裝等任務，這些任務需要可重複且精確的運動。
達文西手術機器人，設計用於微創手術，依賴和諧驅動器在其手臂中，這使得它在進行微創手術時能夠進行精細的微動作，且沒有間隙，達到最高的精確度。
和諧驅動器
波士頓動力公司的Atlas人形機器人和Spot四足機器人也在它們的手臂和腿部等地方使用和諧驅動器，以實現平滑、可控的運動，同時保持強度。
甚至NASA的火星探測車，像是好奇號（Curiosity）和毅力號（Perseverance），在它們的機器手臂和輪子上也使用了和諧驅動器。將探測車送到另一個星球，且無法進行維護或修理，這證明了這種設計的可靠性和耐用性。
雖然Musser未能親眼見到他的發明到達火星，但他至少見證了它進入太空。和諧驅動器是太空梭標準配備的遠程操作系統（Remote Manipulator System），也就是「加拿大臂」（Canadarm），在哥倫比亞號（Columbia）和挑戰者號（Challenger）等太空梭上用來處理貨物和部署載荷。
距離它的創造已經近70年，這個卓越的發明，帶著獨特但有目的的「搖晃」，仍然在各個領域中被廣泛使用。從精確的手術動作到探索遙遠的行星，和諧驅動器的智慧在於它的簡單性、可靠性和精確性。
和諧驅動器®應變波齒輪 – 零間隙
來源：和諧驅動器
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