[發明專利]雙圓弧諧波機器人關節

無效

• 申請號: 201210123710.4
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102615653A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 黃迪山;張加兵
• 申請（專利權）人: 揚州諧波傳動科技有限公司
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及機器人制造技術領域，特別是機器人關節的設計技術領域。

背景技術

目前以漸開線齒形為基礎的諧波機器人關節存在兩個問題：漸開線柔輪齒根部應力較大，由此導致諧波機器人關節的承載能力和抗扭轉剛度不足的問題。柔輪齒根部應力分布與齒形輪廓相關，因此，采用其它齒形輪廓，減少柔輪齒根部應力。在諧波傳動設計中，柔輪齒與剛輪齒嚙合基于大撓度力學基礎假定和幾何設計，柔輪中線的彈性變形曲線的曲率不是一個常數，對波發生器可能致使柔輪彈性變形而導致的柔輪輪齒和剛輪輪齒的嚙合干涉缺乏可視化檢驗。由于輪齒嚙合存在干涉現象，導致諧波傳動時齒變形大，嚙合發熱大。因此，諧波傳動設計方法中需引入可視化手段，在設計過程中檢驗和消除嚙合齒干涉現象。

發明內容

本發明目的在于提出一種能克服現有技術缺陷的雙圓弧諧波機器人關節。

本發明在關節外殼內連接一個剛性雙圓弧齒輪，在所述剛性雙圓弧齒輪內嚙合一只柔性雙圓弧杯狀齒輪，在所述柔性雙圓弧杯狀齒輪內通過柔性軸承與雙圓弧諧波減速器的波發生器連接，所述雙圓弧諧波減速器的波發生器的控制端與一同步交流伺服電機的轉子連接；在所述柔性雙圓弧杯狀齒輪的中心連接輸出桿，所述輸出桿間隙式穿置于所述關節外殼的一通孔中。

通過同步交流伺服電機控制其轉子發生轉動，從而帶動雙圓弧諧波減速器的波發生器，使柔性雙圓弧杯狀齒輪與剛性雙圓弧齒輪發生相對轉動。本發明在計算機控制下，同步交流伺服電機為動力控制輸入端，柔性雙圓弧杯狀齒輪為運動輸出端；本發明在工藝上易于實現，諧波齒輪傳動采用圓弧齒廓后，可以改善柔性雙圓弧杯狀齒輪齒根的應力狀況和傳動的嚙合質量，提高機器人關節承載能力和扭轉剛度。本發明具有平穩和準確執行運動的特點，在運動時具有低噪聲和低發熱的特點。

本發明可通過ANSYS有限元軟件模擬空載情況下的柔性雙圓弧杯狀齒輪變形后齒的分布情況，得出柔性雙圓弧杯狀齒輪的輪齒頂段的工作圓弧圓心相對于剛性雙圓弧齒輪輪齒的圓心軌跡，從而得到剛性雙圓弧齒輪的相切雙圓弧齒廓；再通過剛性雙圓弧齒輪的齒頂段工作圓弧圓心相對于柔性雙圓弧杯狀齒輪的輪齒的圓心軌跡，從而得到柔性雙圓弧杯狀齒輪的相切雙圓弧齒廓，得出的柔性雙圓弧杯狀齒輪和剛性雙圓弧齒輪相切雙圓弧齒廓，可以保證單個柔性雙圓弧杯狀齒輪齒與剛性雙圓弧齒輪齒連續共軛嚙合，而且存在一段柔性雙圓弧杯狀齒輪凸齒廓和凹齒廓分別與剛性雙圓弧齒輪凹齒廓和凸齒廓同時處于共軛運動的“雙共軛”嚙合區間。

附圖說明

圖1為雙圓弧諧波機器人關節原理圖。

圖2為柔性雙圓弧杯狀齒輪的雙圓弧齒廓曲線圖。

圖3為剛性雙圓弧齒輪的雙圓弧齒廓曲線圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明在關節外殼8內連接一個剛性雙圓弧齒輪7，在剛性雙圓弧齒輪7內嚙合一只柔性雙圓弧杯狀齒輪6，在柔性雙圓弧杯狀齒輪6內通過柔性軸承4與雙圓弧諧波減速器的波發生器5連接，雙圓弧諧波減速器的波發生器5的控制端與一同步交流伺服電機的轉子1連接。在同步交流伺服電機的轉子1外還設有定子，同步交流伺服電機還設有編碼器2。

在柔性雙圓弧杯狀齒輪6的中心連接輸出桿9，輸出桿間隙式9穿置于關節外殼8的一通孔8-1中。

當柔性雙圓弧杯狀齒輪6的齒數為120，剛性雙圓弧齒輪7的齒數為122，模數為1。當同步交流伺服電機的轉子1旋轉一周時，柔性雙圓弧杯狀齒輪6向相反方向旋轉6度，實現轉速比1:60。

如圖2、3所示，本發明的柔性雙圓弧杯狀齒輪6和剛性雙圓弧齒輪7設計中采用雙圓弧齒形。

圖2為柔性雙圓弧杯狀齒輪6的雙圓弧齒廓曲線圖，其中柔性雙圓弧杯狀齒輪6齒頂段工作圓弧半徑為R_a1，齒根段工作圓弧半徑為R_f1，齒根處倒角半徑為R₁,為了防止柔性雙圓弧杯狀齒輪6的輪齒在嚙入過程中發生齒頂頂死現象，作倒角處理，倒角半徑為R₂。

圖3為剛性雙圓弧齒輪7的雙圓弧齒廓曲線圖，其中剛性雙圓弧齒輪7頂段工作圓弧半徑為R_a2，齒根段工作圓弧半徑為R_f2，齒根處倒角半徑為R₃。

設計的詳細過程如下所述：