專利名稱：一種機器人關(guān)節(jié)及其輔助設(shè)計方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，特別涉及一種機器人關(guān)節(jié)及其輔助設(shè)計方法和裝置。
背景技術(shù)：
機器人關(guān)節(jié)是機器人的重要組成部分，是機器人的執(zhí)行部件，主要完成位 置、速度和力的輸出。機器人關(guān)節(jié)是涉及機械、電子、傳感器和控制等多重技 術(shù)的機電系統(tǒng)。機器人關(guān)節(jié)通常包括機械結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)以及驅(qū)動系統(tǒng)，其中 傳動系統(tǒng)可以是直齒輪減速器和諧波齒輪減速器等，驅(qū)動系統(tǒng)可以是直流電機 禾口交《u電才幾等。
目前，構(gòu)建機器人關(guān)節(jié)的部件大多釆用分立元件或模塊化的設(shè)計?；诜?立元件設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)中，每個元件都具有獨立的封裝外殼和安裝表面?；?于模塊化設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)中，將傳感系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng) 等電氣系統(tǒng)都集成在關(guān)節(jié)的內(nèi)腔，并采用大中心孔的方法在關(guān)節(jié)的內(nèi)腔布線。
在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在技術(shù)至少存在以下缺點 對于采用分立元件設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)，由于要為每個元件設(shè)置獨立的封裝 外殼與安裝表面，導(dǎo)致關(guān)節(jié)的體積和重量較大和關(guān)節(jié)的集成度較低，關(guān)節(jié)的壽 命也較短等。對于采用模塊化設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)，僅僅是各個分立系統(tǒng)的綜合， 傳動系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)的各個部件依舊是分立的元件，結(jié)構(gòu)設(shè)計上的整體性較差， 關(guān)節(jié)的集成度較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低機器人關(guān)節(jié)的體積和重量，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計上的整體性以及集成度， 以及保證設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的合理性，本發(fā)明實施例提供了 一種機器人關(guān)節(jié)及 其輔助設(shè)計方法和裝置。所述技術(shù)方案如下
一方面，本發(fā)明實施例提供了一種機器人關(guān)節(jié)，所述機器人關(guān)節(jié)包括共軸的關(guān)節(jié)軸系和電機轉(zhuǎn)子軸系；
所述關(guān)節(jié)軸系包括主動關(guān)節(jié)、>^人動關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)軸^^;所述主動關(guān)節(jié)和所述 從動關(guān)節(jié)通過所述關(guān)節(jié)軸承相連形成中空的內(nèi)腔；
所述電機轉(zhuǎn)子軸系位于關(guān)節(jié)軸系的內(nèi)腔，所述電機轉(zhuǎn)子軸系包括電機主軸、 電機軸承、主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器、永磁同步電機、諧波齒輪減速器和從動關(guān)節(jié) 旋轉(zhuǎn)變壓器；所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器包括主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和主動 關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子；所述永磁同步電機包括永磁同步電機的定子和永磁同 步電機的轉(zhuǎn)子；所述諧波齒輪減速器包括諧波齒輪減速器的剛輪、諧波齒輪減 速器的波發(fā)生器和諧波齒輪減速器的柔輪；所述從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器包括從動 關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子；
所述電才幾主軸是所述關(guān)節(jié)軸系和所述電4幾轉(zhuǎn)子軸系的軸心，所述電才幾主軸 通過所述電機軸承與所述主動關(guān)節(jié)和所述從動關(guān)節(jié)相連；
動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子、所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)子和所述從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓 器的轉(zhuǎn)子；
所述永磁l
裝有所述永磁同步電機的定子和所述諧波齒輪減速器的波發(fā)生器;
所述諧波苗松賊迷器的敬及玍器上〉t 依次安裝有所述諧波齒輪減速器的剛輪和所述諧波齒輪減速器的柔輪；
將所述主動關(guān)節(jié)作為所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和所述永磁同步電機 的定子的外殼；
將所述從動關(guān)節(jié)作為所述從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子、諧波齒輪減速器的 剛輪和諧波齒輪減速器的波發(fā)生器的外殼。 進一步地，所述電機主軸的內(nèi)腔為中空。
進一步地，所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的左側(cè)設(shè)有安裝控制電路的空間。 另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計方法，所述方法 包括
根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的各個組成部件的材料熱特性、各個組成部件之間的接觸面的熱阻，計算所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量；
根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量、預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度和預(yù)
設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗，模擬計算所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)在預(yù)設(shè)的環(huán) 境下的工作溫度；
根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證所述設(shè)計的機器人 關(guān)節(jié)的合理性。
進一步地，所述根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證所
述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的合理性包括
根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，判斷所述設(shè)計的機器人
關(guān)節(jié)的工作溫度是否在機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度范圍內(nèi)；
如果所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度在所述機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度 范圍內(nèi)，則所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)合理；否則，所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)不合理。
另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計裝置，所述裝置 包括
性、各個組成部件之間的接觸面的熱阻，計算所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱
合里,
溫度獲取模塊，用于在所述熱容量獲取模塊計算出所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié) 的總的熱容量后，根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量、預(yù)設(shè)的 環(huán)境溫度和預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗，模擬計算所述設(shè)計的機器人關(guān)
節(jié)在預(yù)設(shè)的環(huán)境下的工作溫度；
驗證模塊，用于在所述溫度獲取模塊計算出所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作 溫度后，根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證所述設(shè)計的機 器人關(guān)節(jié)的合理性。
進一步地，所述驗證模塊具體包括
判斷單元，用于在所述溫度獲取模塊計算出所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作 溫度后，根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，判斷所述設(shè)計的機 器人關(guān)節(jié)的工作溫度是否在機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度范圍內(nèi)；
處理單元，用于在所述判斷單元的判斷結(jié)果是所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工 作溫度在所述機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度范圍內(nèi)時，所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)合理；否則，所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)不合理。
本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的有益效果是
通過將主動關(guān)節(jié)和從動關(guān)節(jié)作為永磁同步電機、主和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 和整個機器人關(guān)節(jié)的外殼，避免了使用多余的外殼，可以降低機器人關(guān)節(jié)的體
部直接集成在電機主軸上，將主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子安裝在主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn) 變壓器的轉(zhuǎn)子上，將永磁同步電機的定子和諧波齒輪減速器的波發(fā)生器安裝在
壓器的轉(zhuǎn)子上，將諧波齒輪減速器的剛輪和諧波齒輪減速器的柔輪安裝在諧波 齒輪減速器的波發(fā)生器上，從而使得各個部件的接觸面可以互為安裝表面，避 免了使用多余的安裝表面，進一步降低了機器人關(guān)節(jié)的體積和重量，提高了結(jié) 構(gòu)設(shè)計上的整體性以及集成度。在設(shè)計機器人關(guān)節(jié)的過程中，通過設(shè)計的機器 人關(guān)節(jié)的各個組成部件的材料熱特性、各個組成部件之間的接觸面的熱阻、預(yù) 設(shè)的環(huán)境溫度和預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的損耗，模擬計算出設(shè)計的機器人關(guān)節(jié) 的工作溫度，根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度可以驗證設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的 合理性，從而保證了機器人關(guān)節(jié)可以正常工作，避免了機器人關(guān)節(jié)的溫度過高 造成的機器人關(guān)節(jié)無法正常工作的缺陷。


圖l是本發(fā)明實施例l提供的一種機器人關(guān)節(jié)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例2提供的一種機器人關(guān)節(jié)的熱^^莫型示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例2提供的一種機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計方法流程圖； 圖4是本發(fā)明實施例3提供的一種機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明 實施方式作進一步地詳細描述。 實施例1
參見圖1，本發(fā)明實施例提供了一種機器人關(guān)節(jié)，機器人關(guān)節(jié)包括關(guān)節(jié)軸系 和電機轉(zhuǎn)子軸系，關(guān)節(jié)軸系和電機轉(zhuǎn)子軸系共軸。其中，關(guān)節(jié)軸系包括主動關(guān)節(jié)l、從動關(guān)節(jié)6和關(guān)節(jié)軸承17,主動關(guān)節(jié)1和從動關(guān)節(jié)6通過關(guān)節(jié)軸承17相 連，主動關(guān)節(jié)1和從動關(guān)節(jié)6相連形成中空的內(nèi)腔。電機轉(zhuǎn)子軸系位于關(guān)節(jié)軸 系的內(nèi)腔，電機轉(zhuǎn)子軸系包括電機主軸16、電機軸承14、主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 (包括主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子2和主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子3 )、永磁同 步電機(包括永磁同步電機的定子4和永磁同步電機的轉(zhuǎn)子5 )、諧波齒輪減速 器(包括諧波齒輪減速器的剛輪7、諧波齒輪減速器的波發(fā)生器8和諧波齒輪減 速器的柔輪9)和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器(包括從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子10和 從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子11 )。電機主軸16通過電機軸承14與主動關(guān)節(jié)1和 從動關(guān)節(jié)6相連，電機主軸16是關(guān)節(jié)軸系和電機轉(zhuǎn)子軸系的軸心。電機主軸16 上沿主動關(guān)節(jié)1至從動關(guān)節(jié)6的方向依次安裝有主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子3、 永磁同步電機的轉(zhuǎn)子5和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子11。主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器 的轉(zhuǎn)子3位于主動關(guān)節(jié)1內(nèi)腔，其上安裝有主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子2。永磁 同步電機的轉(zhuǎn)子5的一部分位于主動關(guān)節(jié)1內(nèi)腔，永^f茲同步電機的轉(zhuǎn)子5的另 一部分位于從動關(guān)節(jié)6內(nèi)腔，位于主動關(guān)節(jié)1內(nèi)腔的永^f茲同步電機的轉(zhuǎn)子5上 安裝有永;茲同步電機的定子4,位于從動關(guān)節(jié)6內(nèi)腔的永磁同步電機的轉(zhuǎn)子5上 安裝有諧波齒輪減速器的波發(fā)生器8。從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子11位于從動 關(guān)節(jié)6內(nèi)腔，其上安裝有從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子10。諧波齒輪減速器的波 發(fā)生器8上沿主動關(guān)節(jié)1至從動關(guān)節(jié)6的方向依次安裝有諧波齒輪減速器的剛 輪7和諧波齒輪減速器的柔輪9。將主動關(guān)節(jié)1作為主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子 2和永磁同步電機的定子4的外殼，將從動關(guān)節(jié)6作為從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定 子10、諧波齒輪減速器的剛輪7和諧波齒輪減速器的波發(fā)生器8的外殼，并且， 將主動關(guān)節(jié)1和從動關(guān)節(jié)6作為整個機器人關(guān)節(jié)的外殼。
需要說明的是，主動關(guān)節(jié)1和從動關(guān)節(jié)6相連形成中空的內(nèi)腔，其中，主 動關(guān)節(jié)1下的空間為主動關(guān)節(jié)1內(nèi)腔，從動關(guān)節(jié)6下的空間為從動關(guān)節(jié)6內(nèi)腔。 并且，關(guān)節(jié)軸系由諧波齒輪減速器驅(qū)動，電機主軸16由永磁同步電機的轉(zhuǎn)子5 驅(qū)動。將主動關(guān)節(jié)1作為主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子2和永磁同步電機的定子4 的外殼，將從動關(guān)節(jié)6作為從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子IO的外殼，可以使得永 磁同步電機的定子以及主和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子僅保留定子鐵心和線 圏，從而可以消除永磁同步電機及主和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器多余的外殼，避免 使用多余的外殼，并且，將主動關(guān)節(jié)1和從動關(guān)節(jié)6作為整個機器人關(guān)節(jié)的外殼，可以進一步地避免使用多余的外殼。將主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子3、永磁 同步電機的轉(zhuǎn)子5和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子11全部直接集成在電機主軸16 上，將主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子2安裝在主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子3上， 將永磁同步電機的定子4和諧波齒輪減速器的波發(fā)生器8安裝在永磁同步電機 的轉(zhuǎn)子5上，將從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子10安裝在從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn) 子11上，將諧波齒輪減速器的剛輪7和諧波齒輪減速器的柔輪9安裝在諧波齒 輪減速器的波發(fā)生器8上，各個部件的接觸面可以互為安裝表面，可以消除多 余的安裝表面。
本發(fā)明實施例中，電^L主軸16可以通過中空軸定位銷13固定在關(guān)節(jié)右擋 蓋12上。
本發(fā)明實施例中，電機主軸16的內(nèi)腔為中空，以作為電纜的通道，方侵_機 器人關(guān)節(jié)走線。
本發(fā)明實施例中，在主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的左側(cè)可以設(shè)有安裝控制電路的空間。
本發(fā)明實施例中，通過軸承安裝座15固定電4幾軸承14。 可以將本發(fā)明在上述技術(shù)方案涉及的機器人關(guān)節(jié)應(yīng)用于具體的機器人。 本發(fā)明實施例所述的機器人關(guān)節(jié)，通過將主動關(guān)節(jié)和從動關(guān)節(jié)作為永磁同 步電機、主和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器和整個機器人關(guān)節(jié)的外殼，避免了使用多余 的外殼，可以降低機器人關(guān)節(jié)的體積和重量；并且將永磁同步電機的轉(zhuǎn)子以及 主和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子全部直接集成在電機主軸上，將主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn) 變壓器的定子安裝在主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上，將永磁同步電機的定子和 諧波齒輪減速器的波發(fā)生器安裝在永磁同步電機的轉(zhuǎn)子上，將從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變 壓器的定子安裝在從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上，將諧波齒輪減速器的剛輪和 諧波齒輪減速器的柔輪安裝在諧波齒輪減速器的波發(fā)生器上，從而使得各個部 件的接觸面可以互為安裝表面，避免了使用多余的安裝表面，進一步降低了機 器人關(guān)節(jié)的體積和重量，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計上的整體性以及集成度。
實施例2
由于機器人關(guān)節(jié)的集成度非常高，而且機器人關(guān)節(jié)內(nèi)腔是封閉的結(jié)構(gòu)體， 機器人關(guān)節(jié)靠自身耗散熱量，散熱比較困難，因此機器人關(guān)節(jié)的溫度不可以太高，否則機器人關(guān)節(jié)會因溫度太高而無法正常工作。為此在設(shè)計機器人關(guān)節(jié)的 過程中，應(yīng)該驗證設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度是否在機器關(guān)節(jié)正常工作的溫 度范圍內(nèi)，確保設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的合理性，從而保證制造出的機器人關(guān)節(jié)可
以正常工作。為此，參見圖2，本發(fā)明實施例建立了如圖2所示的機器人關(guān)節(jié)的 熱容模型；基于機器人關(guān)節(jié)的熱容模型，參見圖3，本發(fā)明實施例提供了一種機 器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計方法，該方法包括
101:根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的各個組成部件的材料熱特性、各個組成部件 之間的接觸面的熱阻，計算"^殳計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量。
其中，根據(jù)材料熱特性和熱阻計算熱容量的具體過程與現(xiàn)有技術(shù)相同，此 處不再贅述。
具體地，本發(fā)明實施例中，機器人關(guān)節(jié)的各個組成部件為主動關(guān)節(jié)、從動 關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)軸承、電機主軸、電機軸承、主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器、永磁同步電機、 諧波齒輪減速器和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器等，并且各個組成部件可以是鋼、鋁等 材料。本發(fā)明實施例中，各個組成部件之間的接觸面的熱阻是主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn) 變壓器的定子2與主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子3的接觸面的熱阻、永磁同步電 機的定子4和諧波齒輪減速器的波發(fā)生器8與永磁同步電機的轉(zhuǎn)子5的接觸面 的熱阻、從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子10與從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子11的接 觸面的熱阻，諧波齒輪減速器的剛輪7和諧波齒輪減速器的柔輪9與諧波齒輪 減速器的波發(fā)生器8的接觸面的熱阻等。
102:根據(jù)計算出的設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量、預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度和預(yù) 設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗，模擬計算設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)在預(yù)設(shè)的環(huán)境下 的工作溫度。
其中，預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度可以根據(jù)機器人實際的工作環(huán)境進行設(shè)置；預(yù)設(shè)的 機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗可以根據(jù)機器人關(guān)節(jié)實際的工作功率要求進行設(shè) 置。需要說明的是，可以將預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度設(shè)置為大于實際的工作環(huán)境溫度， 將機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗設(shè)置為大于實際的機器人關(guān)節(jié)的總的損耗，使得 可以保留一定的安全^谷度。
具體地，將機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量換算為溫度，將預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的 總的功率損耗換算為溫度，然后與預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度相加得到機器人關(guān)節(jié)的工作 溫度。將機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量換算為溫度，將預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗換算為溫度與現(xiàn)有技術(shù)相同此處不再贅述。
103:根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的合理性。
溫度范圍內(nèi)，如果設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度在機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度 范圍內(nèi)，則設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)合理，可以滿足實際需要，可以進行制造；否貝寸， 設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)不合理，需要對設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)進行調(diào)整，直到設(shè)計的機
節(jié)進行調(diào)整，可以是增加機器人關(guān)節(jié)各個組成部件的尺寸或更換機器人關(guān)節(jié)各 個組成部件的材料為熱容量更大的材料等。
在設(shè)計機器人關(guān)節(jié)的過程中，按照上述方法對設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)進行驗證， 可以確保設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的合理性，從而保證了實際的機器人關(guān)節(jié)可以正常 工作。
本發(fā)明實施例所述的機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計方法，在設(shè)計機器人關(guān)節(jié)的過程 中，通過設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的各個組成部件的材料熱特性、各個組成部件之間 的接觸面的熱阻、預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度和預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的損耗，計算出設(shè) 計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度可以判斷出設(shè) 計的機器人關(guān)節(jié)的合理性，從而保證了機器人關(guān)節(jié)可以正常工作，避免了機器 人關(guān)節(jié)的溫度過高造成的機器人關(guān)節(jié)無法正常工作的缺陷。
實施例3
參見圖4,本發(fā)明實施例提供了 一種機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計裝置，該裝置包括 熱容量獲取模塊201，用于根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的各個組成部件的材料熱 特性、各個組成部件之間的接觸面的熱阻，計算設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容
量；
溫度獲取模塊202，用于在熱容量獲取模塊201計算出設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的 總的熱容量后，根據(jù)計算出的設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量、預(yù)設(shè)的環(huán)境溫 度和預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗，計算設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度；
驗證模塊203，用于在溫度獲取模塊202計算出設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫 度后，根據(jù)計算出的設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的 合理性。進一步地，驗證沖莫塊203具體包括
判斷單元，用于在溫度獲取模塊計算出設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度后， 根據(jù)計算出的設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，判斷設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫
度是否在機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度范圍內(nèi)；
處理單元，用于在判斷單元的判斷結(jié)果是設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度在 機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度范圍內(nèi)時，設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)合理；否則，設(shè)計的 機器人關(guān)節(jié)不合理。
本發(fā)明實施例所述的機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計裝置，在設(shè)計機器人關(guān)節(jié)的過程
的接觸面的熱阻、預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度和預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的損耗，計算出設(shè) 計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度可以判斷出設(shè) 計的機器人關(guān)節(jié)的合理性，從而保證了機器人關(guān)節(jié)可以正常工作，避免了機器 人關(guān)節(jié)的溫度過高造成的機器人關(guān)節(jié)無法正常工作的缺陷。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述機器人關(guān)節(jié)包括共軸的關(guān)節(jié)軸系和電機轉(zhuǎn)子軸系；所述關(guān)節(jié)軸系包括主動關(guān)節(jié)、從動關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)軸承；所述主動關(guān)節(jié)和所述從動關(guān)節(jié)通過所述關(guān)節(jié)軸承相連形成中空的內(nèi)腔；所述電機轉(zhuǎn)子軸系位于所述關(guān)節(jié)軸系的內(nèi)腔，所述電機轉(zhuǎn)子軸系包括電機主軸、電機軸承、主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器、永磁同步電機、諧波齒輪減速器和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器；所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器包括主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子；所述永磁同步電機包括永磁同步電機的定子和永磁同步電機的轉(zhuǎn)子；所述諧波齒輪減速器包括諧波齒輪減速器的剛輪、諧波齒輪減速器的波發(fā)生器和諧波齒輪減速器的柔輪；所述從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器包括從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子；所述電機主軸通過所述電機軸承與所述主動關(guān)節(jié)和所述從動關(guān)節(jié)相連，所述電機主軸是所述關(guān)節(jié)軸系和所述電機轉(zhuǎn)子軸系的軸心；所述電機主軸上沿所述主動關(guān)節(jié)至所述從動關(guān)節(jié)的方向依次安裝有所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子、所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)子和所述從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子；所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上安裝有所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子；所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)子上沿所述主動關(guān)節(jié)至所述從動關(guān)節(jié)的方向依次安裝有所述永磁同步電機的定子和所述諧波齒輪減速器的波發(fā)生器；所述從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子上安裝有所述從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子；所述諧波齒輪減速器的波發(fā)生器上沿所述主動關(guān)節(jié)至所述從動關(guān)節(jié)的方向依次安裝有所述諧波齒輪減速器的剛輪和所述諧波齒輪減速器的柔輪；將所述主動關(guān)節(jié)作為所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和所述永磁同步電機的定子的外殼；將所述從動關(guān)節(jié)作為所述從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器的定子、所述諧波齒輪減速器的剛輪和所述諧波齒輪減速器的波發(fā)生器的外殼。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述電機主軸的內(nèi)腔為中空。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人關(guān)節(jié)，其特征在于，所述主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變 壓器的左側(cè)設(shè)有安裝控制電路的空間。
4、 一種機器人，其特征在于，包括權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述機 器人關(guān)節(jié)。
5、 一種機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計方法，其特征在于，包括根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的各個組成部件的材料熱特性、各個組成部件之間 的接觸面的熱阻，計算所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量；根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量、預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度和預(yù) 設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗，模擬計算所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)在預(yù)設(shè)的環(huán) 境下的工作溫度；根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證所述設(shè)計的機器人 關(guān)節(jié)的合理性。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計方法，其特征在于，所述沖艮 據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的 合理性包括根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，判斷所述設(shè)計的機器人 關(guān)節(jié)的工作溫度是否在機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度范圍內(nèi)；如果所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度在所述機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度 范圍內(nèi)，則所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)合理；否則，所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)不合理。
7、 一種機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計裝置，其特征在于，包括 熱容量獲取模塊，用于根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的各個組成部件的材料熱特性、各個組成部件之間的接觸面的熱阻，計算所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量；溫度獲取模塊，用于在所述熱容量獲取模塊計算出所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量后，根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量、預(yù)設(shè)的 環(huán)境溫度和預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗，模擬計算所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)在預(yù)設(shè)的環(huán)境下的工作溫度；驗證模塊，用于在所述溫度獲取模塊計算出所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作 溫度后，根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證所述設(shè)計的機 器人關(guān)節(jié)的合理性。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的機器人關(guān)節(jié)輔助設(shè)計裝置，其特征在于，所述驗 證模塊具體包括判斷單元，用于在所述溫度獲取模塊計算出所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作 溫度后，根據(jù)計算出的所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，判斷所述設(shè)計的機處理單元，用于在所述判斷單元的判斷結(jié)果是所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工 作溫度在所述機器人關(guān)節(jié)正常工作的溫度范圍內(nèi)時，所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)合 理；否則，所述設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)不合理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機器人關(guān)節(jié)及其輔助設(shè)計方法和裝置，屬于機器人領(lǐng)域。機器人關(guān)節(jié)包括共軸的關(guān)節(jié)軸系和電機轉(zhuǎn)子軸系；關(guān)節(jié)軸系包括主動關(guān)節(jié)、從動關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)軸承；電機轉(zhuǎn)子軸系包括電機主軸、電機軸承、主動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器、永磁同步電機、諧波齒輪減速器和從動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)變壓器。方法包括根據(jù)設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的各個組成部件的材料熱特性、各個組成部件之間的接觸面的熱阻，計算設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量；根據(jù)計算出的設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的總的熱容量、預(yù)設(shè)的環(huán)境溫度和預(yù)設(shè)的機器人關(guān)節(jié)的總的功率損耗，模擬計算設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)在預(yù)設(shè)的環(huán)境下的工作溫度；根據(jù)計算出的設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的工作溫度，驗證設(shè)計的機器人關(guān)節(jié)的合理性。
文檔編號G06F17/50GK101585190SQ20091008773
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者輝 李, 蔣志宏, 賈宏亮, 強 黃 申請人:北京理工大學(xué)