双圆弧谐波机器人关节.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102615653A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102615653A(43)申请公布日2012.08.01(21)申请号201210123710.4(22)申请日2012.04.25(71)申请人扬州谐波传动科技有限公司地址225806江苏省扬州市宝应县泾河镇道口工业集中区(72)发明人黄迪山张加兵(74)专利代理机构扬州市锦江专利事务所32106代理人江平(51)Int.Cl.B25J17/00(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图22页(54)发明名称双圆弧谐波机器人关节(57)摘要双圆弧谐波机器人关节，涉及机器人制造技术领域，特别是机器人关节的设计技术领域。在关节外壳内连接一个刚性双圆弧齿轮，在所述刚性双圆弧齿轮内啮合一只柔性双圆弧杯状齿轮，在所述柔性双圆弧杯状齿轮内通过柔性轴承与双圆弧谐波减速器的波发生器连接，所述双圆弧谐波减速器的波发生器的控制端与一同步交流伺服电机的转子连接；在所述柔性双圆弧杯状齿轮的中心连接输出杆，所述输出杆间隙式穿置于所述关节外壳的一通孔中。本发明可以改善柔性双圆弧杯状齿轮齿根的应力状况和传动的啮合质量，提高机器人关节承载能力和扭转刚度。本发明具有平稳和准确执行运动的特点，在运动时具有低噪声和低发热的特点。CN102653ACN102615653A权利要求书1/1页1.双圆弧谐波机器人关节，包括关节外壳，其特征在于在所述关节外壳内连接一个刚性双圆弧齿轮，在所述刚性双圆弧齿轮内啮合一只柔性双圆弧杯状齿轮，在所述柔性双圆弧杯状齿轮内通过柔性轴承与双圆弧谐波减速器的波发生器连接，所述双圆弧谐波减速器的波发生器的控制端与一同步交流伺服电机的转子连接；在所述柔性双圆弧杯状齿轮的中心连接输出杆，所述输出杆间隙式穿置于所述关节外壳的一通孔中。2CN102615653A说明书1/3页双圆弧谐波机器人关节技术领域[0001]本发明涉及机器人制造技术领域，特别是机器人关节的设计技术领域。背景技术[0002]目前以渐开线齿形为基础的谐波机器人关节存在两个问题：渐开线柔轮齿根部应力较大，由此导致谐波机器人关节的承载能力和抗扭转刚度不足的问题。柔轮齿根部应力分布与齿形轮廓相关，因此，采用其它齿形轮廓，减少柔轮齿根部应力。在谐波传动设计中，柔轮齿与刚轮齿啮合基于大挠度力学基础假定和几何设计，柔轮中线的弹性变形曲线的曲率不是一个常数，对波发生器可能致使柔轮弹性变形而导致的柔轮轮齿和刚轮轮齿的啮合干涉缺乏可视化检验。由于轮齿啮合存在干涉现象，导致谐波传动时齿变形大，啮合发热大。因此，谐波传动设计方法中需引入可视化手段，在设计过程中检验和消除啮合齿干涉现象。发明内容[0003]本发明目的在于提出一种能克服现有技术缺陷的双圆弧谐波机器人关节。[0004]本发明在关节外壳内连接一个刚性双圆弧齿轮，在所述刚性双圆弧齿轮内啮合一只柔性双圆弧杯状齿轮，在所述柔性双圆弧杯状齿轮内通过柔性轴承与双圆弧谐波减速器的波发生器连接，所述双圆弧谐波减速器的波发生器的控制端与一同步交流伺服电机的转子连接；在所述柔性双圆弧杯状齿轮的中心连接输出杆，所述输出杆间隙式穿置于所述关节外壳的一通孔中。[0005]通过同步交流伺服电机控制其转子发生转动，从而带动双圆弧谐波减速器的波发生器，使柔性双圆弧杯状齿轮与刚性双圆弧齿轮发生相对转动。本发明在计算机控制下，同步交流伺服电机为动力控制输入端，柔性双圆弧杯状齿轮为运动输出端；本发明在工艺上易于实现，谐波齿轮传动采用圆弧齿廓后，可以改善柔性双圆弧杯状齿轮齿根的应力状况和传动的啮合质量，提高机器人关节承载能力和扭转刚度。本发明具有平稳和准确执行运动的特点，在运动时具有低噪声和低发热的特点。[0006]本发明可通过ANSYS有限元软件模拟空载情况下的柔性双圆弧杯状齿轮变形后齿的分布情况，得出柔性双圆弧杯状齿轮的轮齿顶段的工作圆弧圆心相对于刚性双圆弧齿轮轮齿的圆心轨迹，从而得到刚性双圆弧齿轮的相切双圆弧齿廓；再通过刚性双圆弧齿轮的齿顶段工作圆弧圆心相对于柔性双圆弧杯状齿轮的轮齿的圆心轨迹，从而得到柔性双圆弧杯状齿轮的相切双圆弧齿廓，得出的柔性双圆弧杯状齿轮和刚性双圆弧齿轮相切双圆弧齿廓，可以保证单个柔性双圆弧杯状齿轮齿与刚性双圆弧齿轮齿连续共轭啮合，而且存在一段柔性双圆弧杯状齿轮凸齿廓和凹齿廓分别与刚性双圆弧齿轮凹齿廓和凸齿廓同时处于共轭运动的“双共轭”啮合区间。附图说明3CN102615653A说明书2/3页[0007]图1为双圆弧谐波机器人关节原理图。[0008]图2为柔性双圆弧杯状齿轮的双圆弧齿廓曲线图。[0009]图3为刚性双圆弧齿轮的双圆弧齿廓曲线图。具体实施方式[0010]如图1所示，本发明在关节外壳8内连接一个刚性双