谐波减速器及其寿命判断方法、机器人技术

技术编号：40960257 阅读：3 留言：0更新日期：2024-04-18 20:38

本发明专利技术公开了一种谐波减速器及其寿命判断方法、机器人，解决了现有技术中无法对减速器的真实有效的寿命进行预警检测而使减速器失效造成安全事故及重大经济损失的问题。谐波减速器包括刚轮、柔轮、波发生器和预警装置，所述柔轮套设在所述波发生器外周，所述柔轮与所述刚轮啮合，且在所述柔轮和所述刚轮中的一个构成固定部件且另一个构成输出部件。本发明专利技术的谐波减速器及其寿命判断方法、机器人，预警装置能够获取谐波减速器的角度数据信号，并根据角度数据信号进行传动误差特征频率分析获取二倍频率的幅值，并与预设值进行比较，预警装置能够在二倍频率幅值超过预设值(也即谐波减速器性能失真、整机寿命即将失效)时进行寿命失效预警，避免了减速器失效而造成安全事故及重大经济损失，保证了谐波减速器的工作可靠。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及减速结构，更具体的说，它涉及一种谐波减速器及其寿命判断方法、机器人。

技术介绍

1、谐波减速器属于精密传动装置广泛应用于工业机器人的关节模组，该装置是由波动变形原理发展而来的。谐波减速器通常由三大构件组，即柔轮、刚轮和波发生器；其中波发生器由柔性轴承和凸轮组成，在工作时柔性轴承内圈受凸轮作用产生强制形变，运转时不会产生周期性形变；外圈受滚珠挤压产生弹性形变，并在外载荷作用下随着波发生器的转动而产生周期性形变；波发生器的作用下弹性构件柔轮产生周期性弹性变形，该变形使柔轮齿和刚轮齿进行啮合，从而实现运动和扭矩的传递。在谐波传动中，利用刚轮齿与柔轮齿啮合，实现降低转速、增大扭矩的功能；谐波减速器内部零件受力复杂多变，易发生失效；比如柔轮在变形同时受到多个边界约束的同时筒壁在凸轮的支撑作用下反复变形和弯曲，既要承受弯矩也要承受扭矩等，失效形式包括柔轮齿部撕裂、柔性轴承断裂、各项性能指标失真等；任何失效形式都存在安全隐患，比如工业机器人、人形机器人、工业机床、新能源电车等的内部减速器突然损坏后造成运动操控失误甚至猛烈撞击、损坏其他相关系统、发生安全事故等

2、关于谐波传动寿命预警监测，该领域研究者提出不同的寿命预警监测方案，现有技术提出一种减速器退化指标提取及寿命预测方法，通过提取减速器电流信号和振动信号进行分析计算得到一个退化指标曲线进行谐波减速器寿命预测，但由于减速器工作环境恶劣、运行工况复杂多变且该方案为初始状态下监测，不能够实时反映减速器各项指标状态而达不到真实有效的寿命预警监测效果。

<p>技术实现思路

1、本专利技术公开了一种利用预警装置获取谐波减速器的角度数据信号而实时监测使用寿命以提高可靠性的谐波减速器及其寿命判断方法、机器人，解决了现有技术中无法对减速器的真实有效的寿命进行预警检测而使减速器失效造成安全事故及重大经济损失的问题。

2、本专利技术公开了一种谐波减速器，包括刚轮、柔轮、波发生器和预警装置，所述柔轮套设在所述波发生器外周，所述柔轮与所述刚轮啮合，且在所述柔轮和所述刚轮中的一个构成固定部件且另一个构成输出部件，所述预警装置设置于所述固定部件上，且所述预警装置能够获取所述谐波减速器的角度数据信号，并根据角度数据信号进行寿命失效预警。

3、所述预警装置包括第一角度检测机构、第二角度检测机构和数据分析机构，所述第一角度检测机构能够获取所述波发生器与所述固定部件之间的第一相对转角θ1，所述第二角度检测机构能够获取所述固定部件与所述输出部件之间的第二相对转角θ2，所述数据分析机构能够获取所述第一相对转角θ1和第二相对转角θ2并得出所述角度数据信号。

4、所述第一角度检测机构包括第一转动部和第一光电部，所述第一转动部设置于所述波发生器上，且所述第一转动部能够随所述波发生器进行转动，所述第一光电部设置于所述固定部件上，且所述第一转动部和所述第一光电部能够相对转动以获取所述第一相对转角θ1。

5、所述第二角度检测机构包括第二转动部和第二光电部，所述第二转动部设置于所述输出部件上，且所述第二转动部能够随所述输出部件进行转动，所述第二光电部设置于所述固定部件上，且所述第二转动部和所述第二光电部能够相对转动以获取所述第二相对转角θ2。

6、所述谐波减速器还包括供电装置，所述供电装置设置于所述波发生器和/或所述固定部件上，且所述供电装置与所述预警装置电连接。

7、所述供电装置包括动力发电机构，所述动力发电机构设置于所述波发生器上，且所述动力发电机构能够将所述波发生器上的机械能转化为电能，所述动力发电机构与所述预警装置电连接。

8、所述供电装置包括储能机构，所述储能机构与所述预警装置和所述动力发电机构均电连接。

9、所述供电装置包括储能机构，所述储能机构与所述预警装置电连接；和/或，所述供电装置包括供电导线，所述供电导线的一端与所述预警装置电连接，另一端位于所述谐波减速器的外部且与外部电源电连接。

10、所述谐波减速器与外部动力供给机构传动连接，所述预警装置与所述外部动力供给机构电连接。

11、本专利技术的另一方面提供一种上述的谐波减速器的寿命判断方法，包括：

12、步骤s1、获取谐波减速器的输入端和输出端的角度数据信号；

13、步骤s2、根据角度数据信号进行寿命失效预警。

14、所述预警装置包括第一角度检测机构、第二角度检测机构和数据分析机构，所述第一角度检测机构能够获取所述波发生器与所述固定部件之间的第一相对转角θ1，所述第二角度检测机构能够获取所述固定部件与所述输出部件之间的第二相对转角θ2，所述数据分析机构能够获取所述第一相对转角θ1和第二相对转角θ2并得出所述角度数据信号，在步骤s1中，还包括：

15、控制第一角度检测机构获取第一相对转角θ1，并控制第二角度检测机构获取第二相对转角θ2；

16、数据分析机构获取第一相对转角θ1和第二相对转角θ2，并得出角度数据信号。

17、在步骤s2中，还包括：

18、对角度数据信号依次进行离散傅里叶变换、罚函数处理，并生成传动误差频率-幅值曲线；

19、在传动误差频率-幅值曲线中提出二倍频率幅值q，并使q与预设二倍频率幅值k；

20、若q≥4.5k，则判断谐波减速器的寿命即将失效。

21、本专利技术的另一方面提供一种机器人，包括上述的谐波减速器或应用上述的谐波减速器的寿命判断方法。

22、本专利技术的谐波减速器及其寿命判断方法、机器人，预警装置能够获取谐波减速器的角度数据信号，并根据角度数据信号与预设值进行比较，而且根据角度数据信号进行传动误差特征频率分析获取二倍频率的幅值，并与预设值进行比较，预警装置能够在二倍频率幅值超过预设值(也即谐波减速器性能失真、整机寿命即将失效)时进行寿命失效预警，避免了减速器失效而造成安全事故及重大经济损失，保证了谐波减速器的工作可靠。

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【技术保护点】

1.一种谐波减速器，其特征在于，包括刚轮(1)、柔轮(2)、波发生器(3)和预警装置，所述柔轮(2)套设在所述波发生器(3)外周，所述柔轮(2)与所述刚轮(1)啮合，且在所述柔轮(2)和所述刚轮(1)中的一个构成固定部件且另一个构成输出部件，所述预警装置设置于所述固定部件上，且所述预警装置能够获取所述谐波减速器的角度数据信号，并根据角度数据信号进行寿命失效预警。

2.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述预警装置包括第一角度检测机构(51)、第二角度检测机构(52)和数据分析机构，所述第一角度检测机构(51)能够获取所述波发生器(3)与所述固定部件之间的第一相对转角θ1，所述第二角度检测机构(52)能够获取所述固定部件与所述输出部件之间的第二相对转角θ2，所述数据分析机构能够获取所述第一相对转角θ1和第二相对转角θ2并得出所述角度数据信号。

3.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于，所述第一角度检测机构(51)包括第一转动部和第一光电部，所述第一转动部设置于所述波发生器(3)上，且所述第一转动部能够随所述波发生器(3)进行转动，所述第一光电

4.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于，所述第二角度检测机构(52)包括第二转动部和第二光电部，所述第二转动部设置于所述输出部件上，且所述第二转动部能够随所述输出部件进行转动，所述第二光电部设置于所述固定部件上，且所述第二转动部和所述第二光电部能够相对转动以获取所述第二相对转角θ2。

5.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于，所述谐波减速器还包括供电装置，所述供电装置设置于所述波发生器(3)和/或所述固定部件上，且所述供电装置与所述预警装置电连接。

6.根据权利要求5所述的谐波减速器，其特征在于，所述供电装置包括动力发电机构(6)，所述动力发电机构(6)设置于所述波发生器(3)上，且所述动力发电机构(6)能够将所述波发生器(3)上的机械能转化为电能，所述动力发电机构(6)与所述预警装置电连接。

7.根据权利要求6所述的谐波减速器，其特征在于，所述供电装置包括储能机构(7)，所述储能机构(7)与所述预警装置和所述动力发电机构(6)均电连接。

8.根据权利要求5所述的谐波减速器，其特征在于，所述供电装置包括储能机构(7)，所述储能机构(7)与所述预警装置电连接；和/或，所述供电装置包括供电导线，所述供电导线的一端与所述预警装置电连接，另一端位于所述谐波减速器的外部且与外部电源电连接。

9.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述谐波减速器与外部动力供给机构传动连接，所述预警装置与所述外部动力供给机构电连接。

10.一种权利要求1至9中任一项所述的谐波减速器的寿命判断方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的寿命判断方法，其特征在于，所述预警装置包括第一角度检测机构(51)、第二角度检测机构(52)和数据分析机构，所述第一角度检测机构(51)能够获取所述波发生器(3)与所述固定部件之间的第一相对转角θ1，所述第二角度检测机构(52)能够获取所述固定部件与所述输出部件之间的第二相对转角θ2，所述数据分析机构能够获取所述第一相对转角θ1和第二相对转角θ2并得出所述角度数据信号，在步骤S1中，还包括：

12.根据权利要求根据权利要求10所述的寿命判断方法，其特征在于，在步骤S2中，还包括：

13.一种机器人，其特征在于：包括权利要求1至9中任一项所述的谐波减速器或应用权利要求10至12中任一项所述的谐波减速器的寿命判断方法。

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【技术特征摘要】

3.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于，所述第一角度检测机构(51)包括第一转动部和第一光电部，所述第一转动部设置于所述波发生器(3)上，且所述第一转动部能够随所述波发生器(3)进行转动，所述第一光电部设置于所述固定部件上，且所述第一转动部和所述第一光电部能够相对转动以获取所述第一相对转角θ1。

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【专利技术属性】
技术研发人员：蔡达成，张皓，刘云飞，程中甫，唐江枫，谷甲甲，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：

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