什么是谐波减速器？为什么机器人关节里到处都是？

简短回答： 谐波减速器（也叫应变波齿轮，或用商标名 Harmonic Drive）用一个带齿的柔性杯，把转得快、力量小的电机变成转得慢、力量大的关节。机械臂和人形机器人上半身大量使用它，因为它能在小而轻的体积里实现很大的减速比，并且没有背隙。

三个零件

• 波发生器： 一个椭圆形轮毂，外面套着薄壁滚珠轴承，由电机驱动。这是输入端。
• 柔轮： 一个薄壁、可变形的钢制杯，外圈有齿。这是输出端。
• 刚轮： 一个内圈有齿的刚性齿圈，固定在壳体上，比柔轮多两个齿。

椭圆形的波发生器把柔轮撑开，在相对的两处与刚轮啮合。因为两者齿数差 2，输入每转一整圈，柔轮只移动两个齿。每圈只走这么一小步，就是高减速比的来源。

机器人为什么用它

• 零背隙。 沿椭圆长轴的齿始终啮合，关节换向时没有空程。这对精确、可重复的定位很重要。
• 单级高减速比。 单级行星齿轮大约能到 10:1，谐波减速器单级就能做到高得多的减速比。级数少，关节就更短、更轻。
• 尺寸不随减速比变化。 不同减速比的谐波减速器尺寸和重量相同，关节设计更简单。

代价

柔轮在整个寿命里，输入每转一圈就要弯曲两次。它承受平稳负载没问题，但比刚性齿轮更怕冲击。这也是一些人形厂商在腿部（落地冲击大）改用行星减速器或滚柱丝杠直线执行器的原因之一。

谁在做

日本 Harmonic Drive Systems 是最知名的厂商；绿的谐波（Leaderdrive）是中国头部供应商之一。供应商对比见我们的 谐波减速器排名。