[发明专利]一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法

说明书

本发明公开了一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法，包括以下步骤：(1)建立减速器动态传动误差数值计算模型；(2)计算谐波减速器的原始动态传动误差；(3)试验得到谐波减速器磨损界面的磨损速率；(4)建立谐波减速器动态传动误差预测模型。本发明通过建立谐波减速器动态传动误差数值计算模型，计算谐波减速器的原始动态传动误差，并在柔轮内圈‑柔性轴承外圈摩擦磨损试验的基础上，对摩擦磨损速率进行量化，并将摩擦磨损速率引入动态传动误差数值计算模型中，进而在不拆解谐波减速器的条件下，预测任意时间后的动态传动误差，为谐波减速器误差预测和误差补偿提供理论基础，并为谐波减速器的传动精度设计与分析提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及一种传动误差预测方法，尤其涉及一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法。

背景技术

谐波减速器是一种具有高传动比和高传动精度的减速装置，是工业机器人关节的核心零部件。谐波减速器在长时间运行后会出现传动误差增大的现象，是造成谐波减速器性能失效的主要原因之一。如何进行谐波减速器的传动误差预测，是进行误差补偿的重要理论基础。现有的研究已经表明谐波减速器内部的摩擦磨损是导致其传动误差增大的原因，研究发现柔轮内圈-柔性轴承外圈是最主要的摩擦磨损界面。但是当前对谐波减速器摩擦磨损研究多集中于现象和机理的表征，并未涉及摩擦磨损的量化。因此有必要在柔轮内圈-柔性轴承外圈摩擦磨损试验的基础上，对摩擦磨损速率进行量化，进而在不拆解谐波减速器的条件下，预测给定时间后的动态传动误差。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种机器人关节谐波减速器动态传动误差预测方法，进而在不拆解谐波减速器的条件下，预测任意时间后的动态传动误差。

技术方案：本发明包括以下步骤：

(1)建立减速器动态传动误差数值计算模型；

(2)计算谐波减速器的原始动态传动误差；

(3)试验得到谐波减速器磨损界面的磨损速率；

(4)建立谐波减速器动态传动误差预测模型。

所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

步骤1.1、根据谐波减速器各部件的几何误差求解运动误差Δ：

式中，ΔF_p为柔轮齿距累积偏差，ΔF′_p为柔轮一齿切向综合偏差，Δf_i为刚轮齿距累积偏差，Δf_i′为刚轮一齿切向综合偏差，E₁₁为波发生器径向跳动，E₁₂为波发生器廓形误差，E₂₁为柔性轴承与柔轮的配合间隙，E₂₂为柔性轴承径向跳动，E₂₃为柔性轴承径向游隙，E₃₁为输入端轴承的径向游隙，E₃₂为输入端轴承与波发生器的配合间隙，E₄₁为输出端轴承的径向游隙，E₄₂为输出端轴承与波发生器的配合间隙，α_n为柔轮齿形的压力角；

步骤1.2、建立考虑误差均化效应的谐波减速器静态传动误差θ_s的计算公式：

式中，K_b为多齿啮合传动误差影响系数，N₁为刚轮和柔轮同时啮合的齿对数，ξ为线值误差转化为角值误差的系数，d为刚轮的节圆直径；

步骤1.3、建立包含静态传动误差θ_s和动力学参数的谐波减速器二阶拉格朗日动力学微分方程：