[發明專利]一種系列化機器人腕部減速器選型方法

在審

• 申請號: 201811460086.0
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109543332A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 吳成東;張亞平;姜楊;王懷震
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 王志強;李洪福

本發明提供一種系列化機器人腕部減速器選型方法，包括以下步驟：S1、選定確定系列的減速器范圍；構建以下約束條件，在確定系列的減速器范圍內，首選額定扭矩最小的減速器；S2、選定確定系列的伺服電機范圍；在確定系列的伺服電機范圍內，首選額定輸出功率最小的伺服電機；S3、伺服電機及減速器的匹配；確定慣量匹配、驗證條件，進行驗證步驟，選擇符合標準的伺服電機和減速器組合。本發明所述的系列化機器人腕部減速器選型方法，和傳統計算方法相比，降低了繁瑣的計算量，并在保持伺服系統高性能的同時使其具有更高的性價比，是一種新的系列化機器人腕部減速器選型方法。

技術領域

本發明涉及機器人技術與應用領域，特別是涉及一種對系列化機器人腕部減速器的選型方法。

背景技術

機器人涉及到機械、電子、控制、計算機、傳感器等多個學科和領域，是多種高新技術發展成果的綜合集成，其模塊化、網絡化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強。特別是2012年之后，國內機器人得到國家有關部門的重視和高等院校的重點研發，研發和制造機器人的廠家越來越多。在研發過程中，伺服電機和減速器的正確選型是核心問題之一。

伺服電機和減速器是機器人伺服系統的重要組成部分,他們的選型與伺服系統的性能及成本密切相關。為了滿足伺服系統對高精度和快速響應的要求，應使系統具有較小的負載電機慣量比、較高的過載能力等，如果盲目地選擇大規格的電機和減速器會大幅增加成本，因此應充分考慮各方面的要求，以便充分發揮其性能。

現有機器人伺服減速器選型方法通常多是依靠查詢相關的技術手冊，計算繁瑣且效率很低，而且伺服電機系統各部件成本很高。如何優化他們的組合以期保證性能的同時提高性價比成為一個難題；并且減速器作為機器人伺服系統十分精密且最為昂貴的部件，在選型過程中未被充分重視。

發明內容

根據上述提出現有機器人伺服減速器選型方法通常多是依靠查詢相關的技術手冊，計算繁瑣且效率很低，而且伺服電機系統各部件成本很高的技術問題，而提供一種系列化機器人腕部減速器選型方法。本發明主要利用在進行選型時，以伺服系統中成本占比較高的減速器為主，并結合機器人設計參數選出符合設計指標和低成本的電機和減速器組合，從而使伺服系統有較高的穩定性、動態性能和性價比。

本發明采用的技術手段如下：

一種系列化機器人腕部減速器選型方法，包括以下步驟：

S1、選定確定系列的減速器范圍；機器人腕部設計參數有：最大速度ω，單位rad/s、容許力矩T_Lmax，單位N.m、容許慣性力矩J_Lmax，單位kg.m²。

S11、構建以下約束條件；

(π/30)N_0max≥ω (1)

T_0max≥T_Lmax (2)

其中，N_0max為減速器容許輸出轉速，單位rpm；T_0max為減速器瞬時最大容許轉矩，單位N.m；隨著T_0max增大，N_0max減小，故由上述公式(1)和公式(2)能夠選定減速器的范圍。

S12、在確定系列的減速器范圍內，首選額定扭矩最小的減速器；相同額定扭矩的減速器，在減速器其他參數均相同的情況下，減速器慣性力矩J₀(kg.m²)和減速器減速比i成反比；減速器慣性力矩J₀，單位kg.m²。

S2、選定確定系列的伺服電機范圍。

S21、計算電機的額定輸出功率P₁，單位w，結合功率范圍系數選定電機的額定輸出功率范圍，該結合功率范圍系數為1.5至2；