1.1应用方向和前景

谐波齿轮传动的出现是以航空领域的发展为背景的，谐波齿轮传动是一种新型精密传动。因为谐波齿轮传动相较于一般的齿轮传动具有传动比大、质量轻、体积小、同轴性好、传动精度高等优点^[2]，自出现以来便在工业机器人、航空航天、医疗器械、能源、光学仪器、精密设备等方面广泛应用。最重要的是能在密闭空间传递运动，这一点是其他任何机械传动无法实现的。其缺点为在谐波齿轮传动中柔轮每转发生两次椭圆变形，极易引起材料的疲劳损坏，损耗功率大[1]。

在工业机器人领域，谐波减速器是核心部件，占了整机成本的30%以上，但是国内工业机器人用精密谐波减速器方面因为研究起步晚，技术不成熟，做不到自给自足，市场被日本的HarmonicDrive公司高度垄断，大大限制了我国的工业机器人的发展[2]。实际上世界范围内拥有自主研发谐波减速器能力的公司也很稀少，所以谐波减速器的优化设计及技术突破对于我国工业及工业机器人的发展来说十分重要。

航空航天领域是谐波减速器得到广泛应用的一个领域，因为其结构紧凑、体积小、质量轻、传动比大以及传动精度高等特点满足了航天运动机构减速器的使用要求。在许多空间机构中都使用了谐波减速器，比如月球车、卫星的太阳翼驱动机构、空间太阳能帆板、空间机械臂等空间机构[3]。

医疗器械方面，谐波减速器可以参与到手术机器人的制造环节中，手术机器人的工作环境使得其需要满足体积小、结构紧凑、质量轻等条件，在手术安全性和效率方面都比大体积机器人更有优势[4]。除此之外手术机器人的机械臂需要很高的精度，而谐波减速器刚好满足这些特点，啮合齿数多，传动精度高而且传动平稳体积小，因此在该机械臂的肩关节可以采用谐波减速器。如图1-1

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1.2国内外研究现状

谐波减速器是谐波齿轮传动装置的俗称，谐波传动原理是由苏联工程师 A. И. Mocκвитин 于1947 年提出[5]。谐波传动是在弹性薄壁理论基础上随着空间技术的发展而兴起的一种新型传动。世界上第一台谐波减速器是由美国C.W.麦塞尔于1955年发明创造的，它主要由柔轮、刚轮及波发生器组成，还包括轴承，常见的谐波减速器如图1-2