專利名稱：雙圓弧諧波機(jī)器人關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)器人制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是機(jī)器人關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前以漸開線齒形為基礎(chǔ)的諧波機(jī)器人關(guān)節(jié)存在兩個(gè)問(wèn)題漸開線柔輪齒根部應(yīng)力較大，由此導(dǎo)致諧波機(jī)器人關(guān)節(jié)的承載能力和抗扭轉(zhuǎn)剛度不足的問(wèn)題。柔輪齒根部應(yīng)力分布與齒形輪廓相關(guān)，因此，采用其它齒形輪廓，減少柔輪齒根部應(yīng)力。在諧波傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，柔輪齒與剛輪齒嚙合基于大撓度力學(xué)基礎(chǔ)假定和幾何設(shè)計(jì)，柔輪中線的彈性變形曲線的曲率不是一個(gè)常數(shù)，對(duì)波發(fā)生器可能致使柔輪彈性變形而導(dǎo)致的柔輪輪齒和剛輪輪齒的嚙合干涉缺乏可視化檢驗(yàn)。由于輪齒嚙合存在干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致諧波傳動(dòng)時(shí)齒變形大，嚙合發(fā)熱·大。因此，諧波傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法中需引入可視化手段，在設(shè)計(jì)過(guò)程中檢驗(yàn)和消除嚙合齒干涉現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提出一種能克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的雙圓弧諧波機(jī)器人關(guān)節(jié)。本實(shí)用新型在關(guān)節(jié)外殼內(nèi)連接一個(gè)剛性雙圓弧齒輪，在所述剛性雙圓弧齒輪內(nèi)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(nèi)通過(guò)柔性軸承與雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器連接，所述雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器的控制端與一同步交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)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(guān)節(jié)外殼的一通孔中。通過(guò)同步交流伺服電機(jī)控制其轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器，使柔性雙圓弧杯狀齒輪與剛性雙圓弧齒輪發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)用新型在計(jì)算機(jī)控制下，同步交流伺服電機(jī)為動(dòng)力控制輸入端，柔性雙圓弧杯狀齒輪為運(yùn)動(dòng)輸出端；本實(shí)用新型在工藝上易于實(shí)現(xiàn)，諧波齒輪傳動(dòng)采用圓弧齒廓后，可以改善柔性雙圓弧杯狀齒輪齒根的應(yīng)力狀況和傳動(dòng)的嚙合質(zhì)量，提高機(jī)器人關(guān)節(jié)承載能力和扭轉(zhuǎn)剛度。本實(shí)用新型具有平穩(wěn)和準(zhǔn)確執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)時(shí)具有低噪聲和低發(fā)熱的特點(diǎn)。本實(shí)用新型可通過(guò)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(duì)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(guò)剛性雙圓弧齒輪的齒頂段工作圓弧圓心相對(duì)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(gè)柔性雙圓弧杯狀齒輪齒與剛性雙圓弧齒輪齒連續(xù)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(shí)處于共軛運(yùn)動(dòng)的“雙共軛”嚙合區(qū)間。

[0007]圖I為雙圓弧諧波機(jī)器人關(guān)節(jié)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(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型在關(guān)節(jié)外殼8內(nèi)連接一個(gè)剛性雙圓弧齒輪7，在剛性雙圓弧齒輪7內(nèi)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(nèi)通過(guò)柔性軸承4與雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器5連接，雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器5的控制端與一同步交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子I連接。在同步交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子I外還設(shè)有定子，同步交流伺服電機(jī)還設(shè)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(guān)節(jié)外殼8的一通孔8-1中?！ぎ?dāng)柔性雙圓弧杯狀齒輪6的齒數(shù)為120，剛性雙圓弧齒輪7的齒數(shù)為122，模數(shù)為
I。當(dāng)同步交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，柔性雙圓弧杯狀齒輪6向相反方向旋轉(zhuǎn)6度，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速比1:60。如圖2、3所示，本實(shí)用新型的柔性雙圓弧杯狀齒輪6和剛性雙圓弧齒輪7設(shè)計(jì)中米用雙圓弧齒形。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Ral，齒根段工作圓弧半徑為Rfl，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(guò)程中發(fā)生齒頂頂死現(xiàn)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Ra2，齒根段工作圓弧半徑為Rf2，齒根處倒角半徑為R3。設(shè)計(jì)的詳細(xì)過(guò)程如下所述I、根據(jù)諧波傳動(dòng)嚙合基本理論，通過(guò)ANSYS有限元軟件模擬空載情況下的柔性雙圓弧杯狀齒輪6變形后齒的分布情況，得出柔性雙圓弧杯狀齒輪6輪齒頂段的工作圓弧圓心相對(duì)于剛性雙圓弧齒輪7輪齒的圓心軌跡，從而得到剛性雙圓弧齒輪7的相切雙圓弧齒廓；再通過(guò)剛性雙圓弧齒輪7齒頂段工作圓弧圓心相對(duì)于柔性雙圓弧杯狀齒輪6的輪齒的圓心軌跡，從而得到柔性雙圓弧杯狀齒輪6的相切雙圓弧齒廓，得出的柔性雙圓弧杯狀齒輪6和剛性雙圓弧齒輪7相切雙圓弧齒廓，可以保證單個(gè)柔性雙圓弧杯狀齒輪6的輪齒與剛性雙圓弧齒輪7的輪齒連續(xù)共軛嚙合，而且存在一段柔性雙圓弧杯狀齒輪6凸齒廓和凹齒廓分別與剛性雙圓弧齒輪7凹齒廓和凸齒廓同時(shí)處于共軛運(yùn)動(dòng)的“雙共軛”嚙合區(qū)間。在完成諧波齒輪傳動(dòng)的雙圓弧齒形設(shè)計(jì)后，在UG環(huán)境下，進(jìn)行柔性雙圓弧杯狀齒輪6和剛性雙圓弧齒輪7完整的幾何造型及參數(shù)化設(shè)計(jì)。2、根據(jù)有限元理論計(jì)算，雙圓弧齒形齒輪在機(jī)械強(qiáng)度上與漸開線齒形有著明顯的優(yōu)勢(shì)，采用雙圓弧齒形設(shè)計(jì)后，柔性雙圓弧杯狀齒輪6齒根部應(yīng)力減小25%左右，扭轉(zhuǎn)剛度提高40%左右。因此選擇雙圓弧齒形為柔性雙圓弧杯狀齒輪6和剛性雙圓弧齒輪7的齒廊，以提聞機(jī)器人關(guān)節(jié)承載能力和扭轉(zhuǎn)剛度。3、應(yīng)用有限元ANSYS軟件分析柔性雙圓弧杯狀齒輪6和剛性雙圓弧齒輪7在組裝以后的變形狀態(tài)，可視化顯示柔性雙圓弧杯狀齒輪6變形后柔性雙圓弧杯狀齒輪6的輪齒與剛性雙圓弧齒輪7的輪齒的嚙合位置，模擬柔性雙圓弧杯狀齒輪6與剛性雙圓弧齒輪7 之間的接觸問(wèn)題，檢驗(yàn)剛性雙圓弧齒輪7的輪齒與柔性雙圓弧杯狀齒輪6的輪齒的干涉問(wèn)題。通過(guò)計(jì)算機(jī)可視化設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)和再設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)，修正雙圓弧齒形，調(diào)整壓力角，保證齒嚙合傳動(dòng)中無(wú)干涉現(xiàn)象發(fā)生，優(yōu)化諧波齒輪傳動(dòng)，使雙圓弧諧波機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，降低機(jī)器人關(guān)節(jié)發(fā)熱，同時(shí)減低機(jī)器人關(guān)節(jié)工作噪聲。
權(quán)利要求1.雙圓弧諧波機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括關(guān)節(jié)外殼，其特征在于在所述關(guān)節(jié)外殼內(nèi)連接一個(gè)剛性雙圓弧齒輪，在所述剛性雙圓弧齒輪內(nèi)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(nèi)通過(guò)柔性軸承與雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器連接，所述雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器的控制端與一同步交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)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(guān)節(jié)外殼的一通孔中。
專利摘要雙圓弧諧波機(jī)器人關(guān)節(jié)，涉及機(jī)器人制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是機(jī)器人關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。在關(guān)節(jié)外殼內(nèi)連接一個(gè)剛性雙圓弧齒輪，在所述剛性雙圓弧齒輪內(nèi)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(nèi)通過(guò)柔性軸承與雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器連接，所述雙圓弧諧波減速器的波發(fā)生器的控制端與一同步交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)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(guān)節(jié)外殼的一通孔中。本實(shí)用新型可以改善柔性雙圓弧杯狀齒輪齒根的應(yīng)力狀況和傳動(dòng)的嚙合質(zhì)量，提高機(jī)器人關(guān)節(jié)承載能力和扭轉(zhuǎn)剛度。本實(shí)用新型具有平穩(wěn)和準(zhǔn)確執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)時(shí)具有低噪聲和低發(fā)熱的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J17/00GK202702250SQ201220179699
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者黃迪山, 張加兵 申請(qǐng)人:揚(yáng)州諧波傳動(dòng)科技有限公司