[实用新型]双圆弧谐波机器人关节

说明书

技术领域

本实用新型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

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

本实用新型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。

本实用新型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。

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。本实用新型在计算机控制下，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；本实用新型在工艺上易于实现，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。本实用新型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。

本实用新型可通过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

图1为双圆弧谐波机器人关节原理图。

图2为柔性双圆弧杯状齿轮的双圆弧齿廓曲线图。

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

如图1所示，本实用新型在关节外壳8内连接一个刚性双圆弧齿轮7，在刚性双圆弧齿轮7内啮合一只柔性双圆弧杯状齿轮6，在柔性双圆弧杯状齿轮6内通过柔性轴承4与双圆弧谐波减速器的波发生器5连接，双圆弧谐波减速器的波发生器5的控制端与一同步交流伺服电机的转子1连接。在同步交流伺服电机的转子1外还设有定子，同步交流伺服电机还设有编码器2。

在柔性双圆弧杯状齿轮6的中心连接输出杆9，输出杆间隙式9穿置于关节外壳8的一通孔8-1中。

当柔性双圆弧杯状齿轮6的齿数为120，刚性双圆弧齿轮7的齿数为122，模数为1。当同步交流伺服电机的转子1旋转一周时，柔性双圆弧杯状齿轮6向相反方向旋转6度，实现转速比1:60。

如图2、3所示，本实用新型的柔性双圆弧杯状齿轮6和刚性双圆弧齿轮7设计中采用双圆弧齿形。

图2为柔性双圆弧杯状齿轮6的双圆弧齿廓曲线图，其中柔性双圆弧杯状齿轮6齿顶段工作圆弧半径为R_a1，齿根段工作圆弧半径为R_f1，齿根处倒角半径为R₁,为了防止柔性双圆弧杯状齿轮6的轮齿在啮入过程中发生齿顶顶死现象，作倒角处理，倒角半径为R₂。

图3为刚性双圆弧齿轮7的双圆弧齿廓曲线图，其中刚性双圆弧齿轮7顶段工作圆弧半径为R_a2，齿根段工作圆弧半径为R_f2，齿根处倒角半径为R₃。

设计的详细过程如下所述：