CN109141869A - 摆动针轮行星传动力分析方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了涉及一种摆线针轮行星传动作用力分析装置与方法，涉及机器人摆线减速器领域。该摆线针轮行星传动作用力分析装置与方法通过依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值，从而提高了摆线减速器的摆线针轮行星传动作用力的分析的计算效率，并且精度高，人工成本低。
Description
技术领域
本发明涉及机器人摆线减速器领域，具体而言，涉及一种摆线针轮行星传动作用力分析装置与方法。
背景技术
摆线减速器，是一种应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的新颖传动装置。摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。在输入轴上装有一个错位180°的双偏心套，在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成H机构、两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构，(为了减小摩擦，在速比小的减速机中，针齿上带有针齿套)。当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故，摆线轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速，再借助W输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而获得较低的输出转速。
目前的摆线减速器的摆线针轮行星传动力的分析的计算效率差，并且精度低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种摆线针轮行星传动作用力分析装置与方法，以改善上述的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种摆线针轮行星传动力分析方法，所述摆线针轮行星传动力分析方法包括：
接收用户终端发送的摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角；
依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值；
将计算得出的摆线针轮行星传动作用力值输出。
第二方面，本发明实施例还提供了一种摆线针轮行星传动力分析装置，所述摆线针轮行星传动力分析装置包括：
信息接收单元，用于接收用户终端发送的摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角；
计算单元，用于依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值；
信息输出单元，用于将计算得出的摆线针轮行星传动作用力值输出。
与现有技术相比，本发明提供的摆线针轮行星传动作用力分析装置与方法，通过依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值，从而提高了摆线减速器的摆线针轮行星传动作用力的分析的计算效率，并且精度高，人工成本低。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的服务器与用户终端的交互示意图；
图2为本发明实施例提供的服务器的结构框图；
图3为本发明实施例提供的摆线针轮行星的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的摆线针轮行星传动作用力分析方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的摆线针轮行星传动作用力分析装置的功能单元示意图。
图标：100-用户终端；200-服务器；300-无线网络；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-摆线轮；106-针轮；107-定轴；501-信息接收单元；502-计算单元；503-信息输出单元；504-信息发送单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明较佳实施例所提供的摆线针轮行星传动作用力分析装置与方法可应用于如图1所示的应用环境中。如图1所示，用户终端100、服务器200位于无线网络300中，通过该无线网络300，用户终端100与服务器200进行数据交互。于本发明实施例中，用户终端100中安装有至少一个应用程序，与服务器200相对应，为用户提供服务。于本实施例中，用户终端安装的应用程序为可以设置参数以及显示输出结果。于本发明实施例中，用户终端100优选为工业电脑。
如图2所示，是本发明提供的摆线针轮行星传动作用力分析装置100的功能模块示意图。安装有该摆线针轮行星传动作用力分析装置100的服务器200包括存储器101、存储控制器102、处理器103以及外设接口104。其中，存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述摆线针轮行星传动作用力分析装置100包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述服务器中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述摆线针轮行星传动作用力分析装置100包括的软件功能模块或计算机程序。
其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。
处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。
所述外设接口104将各种输入/输入装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
请参阅图4，本发明实施例一种摆线针轮行星传动力分析方法，用于对处于工作状态的摆线针轮行星。如图3所示，摆线针轮行星包括摆线轮105、多个针轮106以及定轴107，多个针轮106与摆线轮105的边缘啮合，摆线轮105套设在定轴107外，装配间隙为零；摆线轮105和针轮106变为绕定轴107回转的定轴107传动，进行受力分析时针齿壳和转臂的变形忽略不计。啮合瞬时位置的摆线轮105作为分离体，摆线轮105主要承受三种载荷：第一种载荷是第i个针齿作用在摆线轮105上的压力
Pi，各压力的作用线沿啮合点的公法线方向，并相交于节点P；第二种载荷是针齿作用在摆线轮105上的摩擦力fi，摩擦力的作用线沿啮合点的公切线且与Pl方向成锐角；第三种载荷是转臂轴承作用在摆线轮105上的合力。所述摆线针轮行星传动力分析方法包括：
步骤S401：接收用户终端100发送的摆线轮105在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮105转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮105上的压力向量与Y轴的交角。
步骤S402：依据摆线轮105在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮105转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮105上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值。
步骤S403：将计算得出的摆线针轮行星传动作用力值输出。
具体地，所述摆线针轮行星传动作用力包括第i个针齿作用在摆线轮105上的压力，步骤S403包括：
依据算式
计算出摆线针轮行星传动作用力值，其中，Δβ为摆线轮105在逆时针方向转过的角度、θbi为以转动中心为顶点并作用在摆线轮105上的压力向量与Y轴的交角、Pi为第i个针齿作用在摆线轮105上的压力、ra为啮合点的中心圆半径，l为摆线轮105转动中心到啮合点的法线的垂直距离、k1为短幅系数。
需要说明的是，需要说明的是，为了确定压力Pi的大小，假设摆线轮105在阻力矩作用下，由于啮合齿间的赫兹接触弹性变形，摆线轮105将向逆时针方向转过一个Δβ角，而在其啮合点的法向方向产生微小位移δi，此时有以转动中心为顶点并作用在摆线轮105上的压力向量与Y轴的交角为θbi。根据三角函数可以得出，
根据Palmgren公式有
则从而得出
另外，所述摆线针轮行星传动作用力还包括针齿作用在摆线轮105上的摩擦力，步骤S403还包括：
依据算式f(i)＝μΡi计算出针齿作用在摆线轮105上的摩擦力，其中，μ为预设定的摩擦系数，f(i)为针齿作用在摆线轮105上的摩擦力。
另外，所述摆线针轮行星传动作用力还包括摆线轮105上的转矩，设摆线轮105上转矩由n个齿传递，则由力矩平衡以及三角函数得到
依据算式计算出摆线轮105上的转矩，其中，为摆线轮105上的转矩、Ρi为第i个针齿作用在摆线轮105上的压力、li为摆线轮105转动中心到第i个啮合点的法线的垂直距离、f(i)为针齿作用在摆线轮105上的摩擦力，α为接触压力的方向和速度方向之间的夹角，为摆线轮中心与摆线轮针轮接触点的距离。
以下是计算上述的摆线针轮行星传动作用力值的过程中的部分计算机程序：
步骤S403：将计算得出的摆线针轮行星传动作用力值输出。
步骤S404：发送摆线针轮行星传动作用力值至用户终端100100进行显示。
请参阅图5，本发明实施例还提供了一种摆线针轮行星传动力分析装置，所述摆线针轮行星传动力分析装置包括所述摆线针轮行星传动力分析装置包括信息接收单元501、计算单元502、信息输出单元503、信息发送单元504。
信息接收单元501用于接收用户终端100发送的摆线轮105在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮105转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮105上的压力向量与Y轴的交角。
计算单元502用于依据摆线轮105在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮105转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮105上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值。
具体地，所述摆线针轮行星传动作用力包括第i个针齿作用在摆线轮105上的压力，所述计算单元502用于依据算式
计算出摆线针轮行星传动作用力值，其中，Δβ为摆线轮105在逆时针方向转过的角度、θbi为以转动中心为顶点并作用在摆线轮105上的压力向量与Y轴的交角、Pi为第i个针齿作用在摆线轮105上的压力、ra为啮合点的中心圆半径，l为摆线轮105转动中心到啮合点的法线的垂直距离、k1为短幅系数。
所述摆线针轮行星传动作用力还包括针齿作用在摆线轮105上的摩擦力，所述计算单元502还可以用于依据算式f(i)＝μΡi计算出针齿作用在摆线轮105上的摩擦力，其中，μ为预设定的摩擦系数，f(i)为针齿作用在摆线轮105上的摩擦力。
所述摆线针轮行星传动作用力还包括摆线轮105上的转矩，所述计算单元502还可以用于
依据算式计算出摆线轮105上的转矩，其中，Ms为摆线轮105上的转矩、li为摆线轮105转动中心到第i个啮合点的法线的垂直距离、f(i)为针齿作用在摆线轮105上的摩擦力，α为接触压力的方向和速度方向之间的夹角，为摆线轮中心与摆线轮针轮接触点的距离。
信息输出单元503用于将计算得出的摆线针轮行星传动作用力值输出。
信息发送单元504用于发送摆线针轮行星传动作用力值至用户终端100进行显示。
综上所述，本发明提供的摆线针轮行星传动作用力分析装置与方法，通过依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值，从而提高了摆线减速器的摆线针轮行星传动作用力的分析的计算效率，并且精度高，人工成本低。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种摆线针轮行星传动力分析方法，其特征在于，所述摆线针轮行星传动力分析方法包括：
接收用户终端发送的摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角；
依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值；
将计算得出的摆线针轮行星传动作用力值输出。
2.根据权利要求1所述的摆线针轮行星传动力分析方法，其特征在于，所述摆线针轮行星传动作用力包括第i个针齿作用在摆线轮上的压力，所述依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值的步骤包括：
依据算式
计算出摆线针轮行星传动作用力值，其中，Δβ为摆线轮在逆时针方向转过的角度、θbi为以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角、Pi为第i个针齿作用在摆线轮上的压力、ra为啮合点的中心圆半径，l为摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、k1为短幅系数。
3.根据权利要求2所述的摆线针轮行星传动力分析方法，其特征在于，所述摆线针轮行星传动作用力还包括针齿作用在摆线轮上的摩擦力，所述依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值的步骤还包括：
依据算式f(i)＝μΡi计算出针齿作用在摆线轮上的摩擦力，其中，μ为预设定的摩擦系数，f(i)为针齿作用在摆线轮上的摩擦力。
4.根据权利要求3所述的摆线针轮行星传动力分析方法，其特征在于，所述摆线针轮行星传动作用力还包括摆线轮上的转矩，所述依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值的步骤还包括：
依据算式计算出摆线轮上的转矩，其中，Mi为摆线轮上的转矩、li为摆线轮转动中心到第i个啮合点的法线的垂直距离、f(i)为针齿作用在摆线轮上的摩擦力，α为接触压力的方向和速度方向之间的夹角，为摆线轮中心与摆线轮针轮接触点的距离。
5.根据权利要求1所述的摆线针轮行星传动力分析方法，其特征在于，所述摆线针轮行星传动力分析方法还包括：
发送摆线针轮行星传动作用力值至用户终端进行显示。
6.一种摆线针轮行星传动力分析装置，其特征在于，所述摆线针轮行星传动力分析装置包括：
信息接收单元，用于接收用户终端发送的摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角；
计算单元，用于依据摆线轮在逆时针方向转过的角度、啮合点的中心圆半径、摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、短幅系数、以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角计算出摆线针轮行星传动作用力值；
信息输出单元，用于将计算得出的摆线针轮行星传动作用力值输出。
7.根据权利要求6所述的摆线针轮行星传动力分析装置，其特征在于，所述摆线针轮行星传动作用力包括第i个针齿作用在摆线轮上的压力，所述计算单元用于依据算式
计算出摆线针轮行星传动作用力值，其中，Δβ为摆线轮在逆时针方向转过的角度、θbi为以转动中心为顶点并作用在摆线轮上的压力向量与Y轴的交角、Pi为第i个针齿作用在摆线轮上的压力、ra为啮合点的中心圆半径，l为摆线轮转动中心到啮合点的法线的垂直距离、k1为短幅系数。
8.根据权利要求7所述的摆线针轮行星传动力分析装置，其特征在于，所述摆线针轮行星传动作用力还包括针齿作用在摆线轮上的摩擦力，所述计算单元还用于依据算式f(i)＝μΡi计算出针齿作用在摆线轮上的摩擦力，其中，μ为预设定的摩擦系数，f(i)为针齿作用在摆线轮上的摩擦力。
9.根据权利要求8所述的摆线针轮行星传动力分析装置，其特征在于，所述摆线针轮行星传动作用力还包括摆线轮上的转矩，所述计算单元还用于
依据算式计算出摆线轮上的转矩，其中，Mi为摆线轮上的转矩、li为摆线轮转动中心到第i个啮合点的法线的垂直距离、f(i)为针齿作用在摆线轮上的摩擦力，α为接触压力的方向和速度方向之间的夹角，为摆线轮中心与摆线轮针轮接触点的距离。
10.根据权利要求6所述的摆线针轮行星传动力分析装置，其特征在于，所述摆线针轮行星传动力分析装置还包括：
信息发送单元，用于发送摆线针轮行星传动作用力值至用户终端进行显示。
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