CN114670205B - 一种多轴机器人机械传动解耦的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多轴机器人机械传动解耦的方法，包括如下步骤：(1)原机械传动工况分析提炼，得到原传动函数关系式；(2)设计差动齿轮箱，进行差动齿轮箱数学解析；(3)确定解耦合传动关系解析式；(4)根据确定解耦合传动关系解析式的传动关系确定传动结构；(5)校核传动关系结构，满足结构的几何关系，确保实用性。本发明技术方案的实施，机器人各轴传动独立，不相互耦合，机器人电机驱动控制中不需要进行控制解耦，大大减少控制的难度和控制算法的复杂性；减少了机器人计算和控制的精度误差；对电机调速特性的要求低，电机设计和选型减少难度。

Description

一种多轴机器人机械传动解耦的方法

技术领域

本发明属于多轴机器人应用技术领域，具体涉及一种多轴机器人机械传动解耦的方法。

背景技术

机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器,可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。机器人通过驱动系统驱动工作单元产生运动，从而完成需要的动作。机器人传动系统，是将驱动器输出的运动和动力传送到工作单元的一种装置。传动系统有多种方式，机械传动是常见的一种方式。

为了提高了抓取高温工件的耐热能力，大幅减少机器人前端的质量，降低机器人重心，提高机器人的运动稳定性，机器人布置一般采用电机后置方案，即将机器人5轴和6轴电机后置，放在大臂位置，保证了机器人末端外形小巧，但也给机械传动带来了一些问题，即传动耦合，传动耦合会带来如下问题：1、电机驱动控制中需要进行控制解耦，因为控制解耦和机器人串联位姿计算相互影响，大大增加控制的难度和控制算法的复杂性。2、因为存在传动耦合，且机器人串联位姿计算的影响，增加了机器人计算和控制的精度误差。3、因为存在传动耦合，各轴对电机调速范围不同，造成对电机调速特性有更多和更严酷的要求。

综上所述，亟需提供一种机器人电机驱动控制中不需要进行控制解耦，大大减少控制的难度和控制算法的复杂性的多轴机器人机械传动解耦的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人电机驱动控制中不需要进行控制解耦，大大减少控制的难度和控制算法的复杂性的多轴机器人机械传动解耦的方法。

上述目的是通过如下技术方案实现：一种多轴机器人机械传动解耦的方法，包括如下步骤：

(1)原机械传动工况分析提炼，得到原传动函数关系式，其中，一轴的工作单元的转速为因变量，影响该轴的工作单元的转速的因素为自变量，当自变量包括了其他轴的驱动电机的转速时，认定该轴为与其他轴耦合的耦合轴，造成干扰的其他轴则为干扰轴；

(2)设计差动齿轮箱，进行差动齿轮箱数学解析；

(3)确定解耦合传动关系解析式：采用差动齿轮箱的数学解析关系，分析原传动函数关系式，增加传动关系，再不增加新的变量的前提下，将与耦合轴驱动电机转速相关的自变量消除，得到新的关于耦合轴工作单元的转速的解耦合传动关系解析式，此时影响该轴的工作单元的转速的自变量仅包括耦合轴的驱动电机的转速；

(4)根据确定解耦合传动关系解析式的传动关系确定传动结构；

(5)校核传动关系结构，满足结构的几何关系，确保实用性。

进一步的技术方案是，所述步骤(1)中原机械传动工况分析过程如下：

轴五电机和轴六电机分别为轴五和轴六的驱动电机，轴五电机通过第三齿轮和第四齿轮将动力传给第五锥齿轮，第五锥齿轮和第八锥齿轮啮合传动，将转动传给机器人轴五的外壳，轴五的外壳作为第一行星架H1；轴六电机通过第一齿轮和第二齿轮将动力传给第六锥齿轮，第六锥齿轮和第七锥齿轮啮合传动，将转动传给第九齿轮，第九齿轮与第十齿轮啮合，将转动传给第十一锥齿轮，第十一锥齿轮和第十二锥齿轮啮合，将转动传给机器人轴六的工作单元，其中，第十齿轮、第十一锥齿轮、第十二锥齿轮固定在第一行星架H1上，第一齿轮、第二齿轮、第五锥齿轮、第六锥齿轮、第七锥齿轮、第八锥齿轮、第九齿轮的轴线固定；

轴五的传动为定轴轮系，轴五的原传动函数关系式的有公式(1)如下：

式中，n_D5为轴五电机的输出转速；n_S5为轴五工作单元的转速；i₈₃为第八锥齿轮的对第三齿轮的传动比；i₄₃为第四齿轮的对第三齿轮的传动比；i₈₅为第八锥齿轮的对第五锥齿轮的传动比；z₃为第三齿轮的齿数；z₄为第四齿轮的齿数；z₅为第五锥齿轮的齿数；z₈为第八锥齿轮的齿数；

由公式(1)可知，原传动函数关系式，影响轴五的工作单元的转速的自变量仅包括轴五电机的输出转速，此传动具有独立性；

轴六传动为复合轮系，将其分解为定轴轮系和周转轮系，其中第一齿轮、第二齿轮、第六锥齿轮、第七锥齿轮和第九齿轮的轴线固定，为定轴轮系，传动关系有公式(2)如下：

式中，n₉为第九齿轮的转数；n_D6为轴六电机的输出转速；i₇₁为第七锥齿轮的对第一齿轮的传动比；i₂₁为第二齿轮的对第一齿轮的传动比；i₇₆为第七锥齿轮的对第六锥齿轮的传动比；z₁为第一齿轮的齿数；z₂为第二齿轮的齿数；z₆为第六锥齿轮的齿数；z₇为第七锥齿轮的齿数；

对于第十一锥齿轮和第十二锥齿轮，轴线不固定，为周转轮系，计算时，给周转轮系加上一个绕第一行星架H1的固定轴线回转的相反的公共角速度，这时各构建之间的相对运动任将保持不变，第一行星架H1相对静止，将周转轮系转化为定轴轮系，在转化后的轮系中有公式(3)如下：

式中，为在转化后的轮系中第九齿轮的对第十齿轮的传动比；/>为在转化后的轮系中第九齿轮的转速；/>为在转化后的轮系中第十齿轮的转速；n_H1为第一行星架H1的转速；n₁₀为第十齿轮的转速；z₁₀为第十齿轮的齿数；z₉为第九齿轮的齿数；

由于n_H1＝n_S5，可得公式(4)如下：

根据传动关系有公式(5)如下：

式中，n_S6为轴六工作单元的转速；为转化后的轮系中第十二锥齿轮对第十一锥齿轮的减速比；z₁₁为第十一锥齿轮的齿数；z₁₂为第十二锥齿轮的齿数；

由传动关系以及公式(2)～(5)可得轴六原传动函数关系式的公式(6)如下：

由公式(6)可知，影响轴六的工作单元的转速的自变量部不仅包括轴六电机的输出转速，还包括轴五工作单元的转速，轴六与轴五耦合，轴六为耦合轴，轴五为干扰轴。

进一步的技术方案是，所述步骤(2)中，设计差动齿轮箱，差动齿轮箱由第十七锥齿轮、第十三齿轮、第十四齿轮、第十五齿轮和第二行星架组成，第十七锥齿轮与第十三齿轮同轴设置，第十四齿轮分别与第十五齿轮和第十三齿轮相啮合，第十四齿轮安装在第二行星架上，第十四齿轮的轴线随第二行星架的转动而转动，第二行星架输出转速；第十三齿轮和第十五齿轮的旋转轴线固定，第十四齿轮的轴线不固定；

对于差动齿轮箱的传动比计算，给周转轮系加上一个绕第二行星架的固定轴线回转的相反的公共角速度，这时各构建之间的相对运动任将保持不变，第二行星架相对静止，周转轮系转化为定轴轮系，在转化后的轮系中有公式(7)如下：

式中，为在转化后的轮系中第十三齿轮的对第十五齿轮的传动比；

n_SC1为第二行星架的转速；n₁₃为第十三齿轮的转速；n₁₅为第十五齿轮的转速；z₁₃为第十三齿轮的齿数；z₁₄为第十四齿轮的齿数；z₁₅为第十五齿轮的齿数；

公式(7)可简化为公式(8)如下：

令

且第二行星架通过输出轴输出转速，且第十五齿轮固定在差动齿轮箱第一输入轴上，第十三齿轮固定在第二输入轴上，则有公式(9)如下：

n_C1＝a₁n_S1+b₁n_S2

式中，n_C1为输出轴的转速，n_S1为第一输入轴的转速，n_S2为第二输入轴的转速。

进一步的技术方案是，所述步骤(3)中，差动齿轮箱的输出轴与第九齿轮相连，有公式(10)如下：

n₉＝n_C1＝a₁n_S1+b₁n_S2

令n_S2＝i_bn_D6

其中，i_bn_D6表示轴六电机的输出转速通过传动和减速后，进入差动齿轮箱的第二输入轴的转速，i_b表示传动系数，且第一输入轴与第五锥齿轮同轴相连，根据传动关系，则有公式(11)如下：

n₉＝a₁n_S5+i_bb₁n_D6

将公式(11)带入公式(6)，有公式(12)如下：

当1-a₁＝0时，关于n_S6的自变量不在包含n_S5，可解耦，即需要满足公式(13)如下：

由于z₁₃＞0，z₁₅＞0，公式(13)无解；

故加一个传动关系，使得

其中，i_a为增加的传动关系的传动系数；

当1-a₁i_a＝0，即i_a＞1，才能保证1-a₁i_a＝0。

进一步的技术方案是，所述步骤(4)中，根据步骤(3)的推算，增加传动关系为：在差动齿轮箱上设置第十六齿轮和第十八齿轮，其中，第十五齿轮和第十六齿轮同轴相连，第十六齿轮和第十八齿轮啮合，第十八齿轮和第五锥齿轮共轴，差动齿轮箱的输出轴和第九齿轮相连，第二输入轴与第六齿轮相连，与轴六电机建立关系，第一输入轴通过第十六齿轮、第五锥齿轮、第十八齿轮、第八齿轮与五轴建立增速关系，则有：

当1-a₁i_a＝0时，即要求

可得公式(14)如下：z₈z₁₅z₁₈＝z₅z₁₃z₁₆+z₅z₁₅z₁₆。

进一步的技术方案是，所述步骤(5)中将公式(14)中每个齿数数值确定，保证满足数学解析关系式的同时满足结构的几何关系。

相比于现有技术，本发明技术方案由如下优势：机器人电机驱动控制中不需要进行控制解耦，大大减少控制的难度和控制算法的复杂性；减少了机器人计算和控制的精度误差；对电机调速特性的要求低，电机设计和选型减少难度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为原机器人的轴五和轴六的传动原理图；

图2为本发明利用差动齿轮箱传动关系对原传动结构的耦合关系进行解耦后传动原理图。

1第一齿轮 2第二齿轮 3第三齿轮 4第四齿轮

5第五锥齿轮 6第六锥齿轮 7第七锥齿轮 8第八锥齿轮

9第九齿轮 10第十齿轮 11第十一锥齿轮 12第十二锥齿轮

13第十三齿轮 14第十四齿轮 15第十五齿轮 16第十六齿轮

17第十七锥齿轮 18第十八齿轮 H1第一行星架 H2第二行星架

Z5轴五 Z6轴六

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本发明实施例如下，参照图1，一种多轴机器人机械传动解耦的方法，包括如下步骤：

(1)原机械传动工况分析提炼，得到原传动函数关系式，其中，一轴的工作单元的转速为因变量，影响该轴的工作单元的转速的因素为自变量，当自变量包括了其他轴的驱动电机的转速时，认定该轴为与其他轴耦合的耦合轴，造成干扰的其他轴则为干扰轴；

具体：原机械传动工况分析过程如下，如图1：

轴五电机和轴六电机分别为轴五和轴六的驱动电机，轴五电机通过第三齿轮3和第四齿轮4将动力传给第五锥齿轮5，第五锥齿轮5和第八锥齿轮8啮合传动，将转动传给机器人轴五的外壳，轴五的外壳作为第一行星架H1；轴六电机通过第一齿轮1和第二齿轮2将动力传给第六锥齿轮6，第六锥齿轮6和第七锥齿轮7啮合传动，将转动传给第九齿轮9，第九齿轮9与第十齿轮10啮合，将转动传给第十一锥齿轮11，第十一锥齿轮11和第十二锥齿轮12啮合，将转动传给机器人轴六的工作单元，其中，第十齿轮10、第十一锥齿轮11、第十二锥齿轮12固定在第一行星架H1上，第一齿轮1、第二齿轮2、第五锥齿轮5、第六锥齿轮6、第七锥齿轮7、第八锥齿轮8、第九齿轮9的轴线固定；

轴五的传动为定轴轮系，轴五的原传动函数关系式的有公式(1)如下：

式中，n_D5为轴五电机的输出转速；n_S5为轴五工作单元的转速；i₈₃为第八锥齿轮8的对第三齿轮3的传动比；i₄₃为第四齿轮4的对第三齿轮3的传动比；i₈₅为第八锥齿轮8的对第五锥齿轮5的传动比；z₃为第三齿轮3的齿数；z₄为第四齿轮4的齿数；z₅为第五锥齿轮5的齿数；z₈为第八锥齿轮8的齿数；

由公式(1)可知，原传动函数关系式，影响轴五的工作单元的转速的自变量仅包括轴五电机的输出转速，此传动具有独立性；

轴六传动为复合轮系，将其分解为定轴轮系和周转轮系，其中第一齿轮1、第二齿轮2、第六锥齿轮6、第七锥齿轮7和第九齿轮9的轴线固定，为定轴轮系，传动关系有公式(2)如下：

式中，n₉为第九齿轮9的转数；n_D6为轴六电机的输出转速；i₇₁为第七锥齿轮7的对第一齿轮1的传动比；i₂₁为第二齿轮2的对第一齿轮1的传动比；i₇₆为第七锥齿轮7的对第六锥齿轮6的传动比；z₁为第一齿轮1的齿数；z₂为第二齿轮2的齿数；z₆为第六锥齿轮6的齿数；z₇为第七锥齿轮7的齿数；

对于第十一锥齿轮11和第十二锥齿轮12，轴线不固定，为周转轮系，计算时，给周转轮系加上一个绕第一行星架H1的固定轴线回转的相反的公共角速度，这时各构建之间的相对运动任将保持不变，第一行星架H1相对静止，将周转轮系转化为定轴轮系，在转化后的轮系中有公式(3)如下：

式中，为在转化后的轮系中第九齿轮9的对第十齿轮10的传动比；/>为在转化后的轮系中第九齿轮9的转速；/>为在转化后的轮系中第十齿轮10的转速；n_H1为第一行星架H1的转速；n₁₀为第十齿轮10的转速；z₁₀为第十齿轮10的齿数；z₉为第九齿轮9的齿数；

由于n_H1＝n_S5，可得公式(4)如下：

根据传动关系有公式(5)如下：

式中，n_S6为轴六工作单元的转速；为转化后的轮系中第十二锥齿轮12对第十一锥齿轮11的减速比；z₁₁为第十一锥齿轮11的齿数；z₁₂为第十二锥齿轮12的齿数；

由传动关系以及公式(2)～(5)可得轴六原传动函数关系式的公式(6)如下：

由公式(6)可知，影响轴六的工作单元的转速的自变量部不仅包括轴六电机的输出转速，还包括轴五工作单元的转速，轴六与轴五耦合，轴六为耦合轴，轴五为干扰轴。

(2)设计差动齿轮箱，进行差动齿轮箱数学解析；

具体：设计差动齿轮箱，差动齿轮箱由第十七锥齿轮17、第十三齿轮13、第十四齿轮14、第十五齿轮15和第二行星架H2组成，第十七锥齿轮17与第十三齿轮13同轴设置，第十四齿轮14分别与第十五齿轮15和第十三齿轮13相啮合，第十四齿轮14安装在第二行星架H2上，第十四齿轮14的轴线随第二行星架H2的转动而转动，第二行星架H2输出转速；第十三齿轮13和第十五齿轮15的旋转轴线固定，第十四齿轮14的轴线不固定；

对于差动齿轮箱的传动比计算，给周转轮系加上一个绕第二行星架H2的固定轴线回转的相反的公共角速度，这时各构建之间的相对运动任将保持不变，第二行星架H2相对静止，周转轮系转化为定轴轮系，在转化后的轮系中有公式(7)如下：

式中，为在转化后的轮系中第十三齿轮13的对第十五齿轮15的传动比；

n_SC1为第二行星架H2的转速；n₁₃为第十三齿轮13的转速；n₁₅为第十五齿轮15的转速；z₁₃为第十三齿轮13的齿数；z₁₄为第十四齿轮14的齿数；z₁₅为第十五齿轮15的齿数；

公式(7)可简化为公式(8)如下：

令

且第二行星架H2通过输出轴输出转速，且第十五齿轮15固定在差动齿轮箱第一输入轴上，第十三齿轮13固定在第二输入轴上，则有公式(9)如下：

n_C1＝a₁n_S1+b₁n_S2

式中，n_C1为输出轴的转速，n_S1为第一输入轴的转速，n_S2为第二输入轴的转速。

(3)确定解耦合传动关系解析式：采用差动齿轮箱的数学解析关系，分析原传动函数关系式，增加传动关系，再不增加新的变量的前提下，将与耦合轴驱动电机转速相关的自变量消除，得到新的关于耦合轴工作单元的转速的解耦合传动关系解析式，此时影响该轴的工作单元的转速的自变量仅包括耦合轴的驱动电机的转速；

具体：差动齿轮箱的输出轴与第九齿轮9相连，有公式(10)如下：

n₉＝n_C1＝a₁n_S1+b₁n_S2

令n_S2＝i_bn_D6

其中，i_bn_D6表示轴六电机的输出转速通过传动和减速后，进入差动齿轮箱的第二输入轴的转速，i_b表示传动系数，且第一输入轴与第五锥齿轮5同轴相连，根据传动关系，则有公式(11)如下：

n₉＝a₁n_S5+i_bb₁n_D6

将公式(11)带入公式(6)，有公式(12)如下：

当1-a₁＝0时，关于n_S6的自变量不在包含n_S5，可解耦，即需要满足公式(13)如下：

由于z₁₃＞0，z₁₅＞0，公式(13)无解；

故加一个传动关系，使得

其中，i_a为增加的传动关系的传动系数；

当1-a₁i_a＝0，即i_a＞1，才能保证1-a₁i_a＝0。

进一步的技术方案是，所述步骤(4)中，

(4)根据确定解耦合传动关系解析式的传动关系确定传动结构；

具体：根据步骤(3)的推算，增加传动关系为：在差动齿轮箱上设置第十六齿轮16和第十八齿轮18，其中，第十五齿轮15和第十六齿轮16同轴相连，第十六齿轮16和第十八齿轮18啮合，第十八齿轮18和第五锥齿轮5共轴，差动齿轮箱的输出轴和第九齿轮9相连，第二输入轴与第六齿轮相连，与轴六电机建立关系，第一输入轴通过第十六齿轮16、第五锥齿轮5、第十八齿轮18、第八齿轮与五轴建立增速关系，则有：

当1-a₁i_a＝0时，即要求

可得公式(14)如下：z₈z₁₅z₁₈＝z₅z₁₃z₁₆+z₅z₁₅z₁₆。

(5)校核传动关系结构，满足结构的几何关系，确保实用性：将公式(14)中每个齿数数值确定，保证满足数学解析关系式的同时满足结构的几何关系。

如上面的关系式，可以将每个齿数确定个具体数值，如下：

z₅＝100，z₈＝100，z₁₃＝60，z₁₅＝40，z₁₆＝36，z₁₈＝90

如以上齿数，不但满足数学解析关系式，也满足结构的几何关系，方案可行。因此就采用实例化校核了传动关系解构方案的可行性。

改进后的机器人传动原理如图2所示：

相对于原来的传动，即新增差动齿轮箱和第十六齿轮16和第十八齿轮18，差动齿轮箱由第十七锥齿轮17、第十三齿轮13、第十四齿轮14、第十五齿轮15和第二行星架H2组成，第十七锥齿轮17和第六齿轮啮合，第十五齿轮15和第十六齿轮16相连，第十四齿轮14分别与第十五齿轮15和第十三齿轮13相啮合。第十三齿轮13安装在第二行星架H2上，第十三齿轮13的轴线随第二行星架H2的转动而转动。第二行星架H2与输出轴与第九齿轮9相连，第十六齿轮16和第十八齿轮18啮合，第十八齿轮18和第五齿轮共轴。

图2中，轴五电机和轴六电机为驱动电机，轴五电机通过第十三齿轮13和第十四齿轮14，将动力传给第五锥齿轮5，第五锥齿轮5和第八锥齿轮8啮合传动，将转动传给工作单元，即轴五的外壳，第一行星架H1。

轴六电机通过第一齿轮1和第二齿轮2，将动力传给第六锥齿轮6，第六锥齿轮6和第十七锥齿轮17啮合传动，将转动传给第十三齿轮13。第十三齿轮13与第十四齿轮14啮合，第十四齿轮14轴线随第二行星架H2转动，同时与第十五齿轮15啮合传动。第十五齿轮15与第十六齿轮16同轴，将传动传给第十六齿轮16，第十六齿轮16和第十八齿轮18啮合，第十六齿轮16的转动与五轴转动相关联上。

第九齿轮9与第十齿轮10啮合，将转动传给第十一锥齿轮11，第十一锥齿轮11和第十二锥齿轮12啮合，将转动传给工作单元。其中，第十齿轮10、第十一锥齿轮11、第十二锥齿轮12固定在第一行星架H1上，第十四齿轮14固定在第二行星架H2上，其它齿轮的轴线固定。

新增加的齿轮存在如下关系：

z₈z₁₅z₁₈＝z₅z₁₃z₁₆+z₅z₁₅z₁₆

例如：z₅＝20，z₈＝50，z₁₃＝36，z₁₅＝24，z₁₆＝z₁₈＝50

下面为传动分析计算：

对于轴五的传动，为定轴轮系，传动关系不变，为：

对于轴六传动，有部分齿轮有固定轴线，而另一部分的齿轮的轴线是转动的，所以此传动为复合轮系，可以分解为定轴轮系和周转轮系：

对于第一齿轮1、第二齿轮2、第六锥齿轮6、第十三齿轮13和第十七齿轮的轴线固定，为定轴轮系，传动关系如下：

对于第十齿轮10、十一齿轮、十二齿轮，轴线不固定，为周转轮系，相关传动关系不变：

对于第八锥齿轮8、第十五齿轮15、第十六齿轮16，轴线固定，相关传动关系为：

对于第十四齿轮14，轴线不固定，为周转轮系，给周转轮系加上一个公共角速度，使之绕第二行星架H2的固定轴线回转，这时各构建之间的相对运动任将保持不变，行星架“静止不动”了。周转轮系转化为定轴轮系。在转化后的轮系中有如下关系：

上式转化为

因为第九齿轮9和第二行星架H2同轴固定连接，转速相同，所以有：

根据前面计算的结果：

进行计算和化简为如下：

z₈z₁₅z₁₈＝z₅z₁₃z₁₆+z₅z₁₅z₁₆

因为：

所以有轴六工作单元的转动只与轴六电机的转动有关，不再与轴五耦合，实现了机械传动的解耦。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多轴机器人机械传动解耦的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)原机械传动工况分析提炼，得到原传动函数关系式，其中，一轴的工作单元的转速为因变量，影响该轴的工作单元的转速的因素为自变量，当自变量包括了其他轴的驱动电机的转速时，认定该轴为与其他轴耦合的耦合轴，造成干扰的其他轴则为干扰轴；

(2)设计差动齿轮箱，进行差动齿轮箱数学解析；

(3)确定解耦合传动关系解析式：采用差动齿轮箱的数学解析关系，分析原传动函数关系式，增加传动关系，再不增加新的变量的前提下，将与耦合轴驱动电机转速相关的自变量消除，得到新的关于耦合轴工作单元的转速的解耦合传动关系解析式，此时影响该轴的工作单元的转速的自变量仅包括耦合轴的驱动电机的转速；

(4)根据确定解耦合传动关系解析式的传动关系确定传动结构；

(5)校核传动关系结构，满足结构的几何关系，确保实用性；

其中，所述步骤(1)中原机械传动工况分析过程如下：

轴五电机和轴六电机分别为轴五和轴六的驱动电机，轴五电机通过第三齿轮和第四齿轮将动力传给第五锥齿轮，第五锥齿轮和第八锥齿轮啮合传动，将转动传给机器人轴五的外壳，轴五的外壳作为第一行星架H1；轴六电机通过第一齿轮和第二齿轮将动力传给第六锥齿轮，第六锥齿轮和第七锥齿轮啮合传动，将转动传给第九齿轮，第九齿轮与第十齿轮啮合，将转动传给第十一锥齿轮，第十一锥齿轮和第十二锥齿轮啮合，将转动传给机器人轴六的工作单元，其中，第十齿轮、第十一锥齿轮、第十二锥齿轮固定在第一行星架H1上，第一齿轮、第二齿轮、第五锥齿轮、第六锥齿轮、第七锥齿轮、第八锥齿轮、第九齿轮的轴线固定；

轴五的传动为定轴轮系，轴五的原传动函数关系式的有公式(1)如下：

式中，n_D5为轴五电机的输出转速；n_S5为轴五工作单元的转速；i₈₃为第八锥齿轮的对第三齿轮的传动比；i₄₃为第四齿轮的对第三齿轮的传动比；i₈₅为第八锥齿轮的对第五锥齿轮的传动比；z₃为第三齿轮的齿数；z₄为第四齿轮的齿数；z₅为第五锥齿轮的齿数；z₈为第八锥齿轮的齿数；

由公式(1)可知，原传动函数关系式，影响轴五的工作单元的转速的自变量仅包括轴五电机的输出转速，此传动具有独立性；

轴六传动为复合轮系，将其分解为定轴轮系和周转轮系，其中第一齿轮、第二齿轮、第六锥齿轮、第七锥齿轮和第九齿轮的轴线固定，为定轴轮系，传动关系有公式(2)如下：

式中，n₉为第九齿轮的转数；n_D6为轴六电机的输出转速；i₇₁为第七锥齿轮的对第一齿轮的传动比；i₂₁为第二齿轮的对第一齿轮的传动比；i₇₆为第七锥齿轮的对第六锥齿轮的传动比；z₁为第一齿轮的齿数；z₂为第二齿轮的齿数；z₆为第六锥齿轮的齿数；z₇为第七锥齿轮的齿数；

对于第十一锥齿轮和第十二锥齿轮，轴线不固定，为周转轮系，计算时，给周转轮系加上一个绕第一行星架H1的固定轴线回转的相反的公共角速度，这时各构建之间的相对运动任将保持不变，第一行星架H1相对静止，将周转轮系转化为定轴轮系，在转化后的轮系中有公式(3)如下：

式中，为在转化后的轮系中第九齿轮的对第十齿轮的传动比；/>为在转化后的轮系中第九齿轮的转速；/>为在转化后的轮系中第十齿轮的转速；n_H1为第一行星架H1的转速；n₁₀为第十齿轮的转速；z₁₀为第十齿轮的齿数；z₉为第九齿轮的齿数；

由于n_H1＝n_S5，可得公式(4)如下：

根据传动关系有公式(5)如下：

式中，n_S6为轴六工作单元的转速；为转化后的轮系中第十二锥齿轮对第十一锥齿轮的减速比；z₁₁为第十一锥齿轮的齿数；z₁₂为第十二锥齿轮的齿数；

由传动关系以及公式(2)～(5)可得轴六原传动函数关系式的公式(6)如下：

由公式(6)可知，影响轴六的工作单元的转速的自变量部不仅包括轴六电机的输出转速，还包括轴五工作单元的转速，轴六与轴五耦合，轴六为耦合轴，轴五为干扰轴，所述步骤(2)中，设计差动齿轮箱，差动齿轮箱由第十七锥齿轮、第十三齿轮、第十四齿轮、第十五齿轮和第二行星架组成，第十七锥齿轮与第十三齿轮同轴设置，第十四齿轮分别与第十五齿轮和第十三齿轮相啮合，第十四齿轮安装在第二行星架上，第十四齿轮的轴线随第二行星架的转动而转动，第二行星架输出转速；第十三齿轮和第十五齿轮的旋转轴线固定，第十四齿轮的轴线不固定；

对于差动齿轮箱的传动比计算，给周转轮系加上一个绕第二行星架的固定轴线回转的相反的公共角速度，这时各构建之间的相对运动任将保持不变，第二行星架相对静止，周转轮系转化为定轴轮系，在转化后的轮系中有公式(7)如下：

式中，为在转化后的轮系中第十三齿轮的对第十五齿轮的传动比；

n_SC1为第二行星架的转速；n₁₃为第十三齿轮的转速；n₁₅为第十五齿轮的转速；z₁₃为第十三齿轮的齿数；z₁₄为第十四齿轮的齿数；z₁₅为第十五齿轮的齿数；

公式(7)可简化为公式(8)如下：

令

且第二行星架通过输出轴输出转速，且第十五齿轮固定在差动齿轮箱第一输入轴上，第十三齿轮固定在第二输入轴上，则有公式(9)如下：

n_C1＝a₁n_S1+b₁n_S2

式中，n_C1为输出轴的转速，n_S1为第一输入轴的转速，n_S2为第二输入轴的转速；所述步骤(3)中，差动齿轮箱的输出轴与第九齿轮相连，有公式(10)如下：

n₉＝n_C1＝a₁n_S1+b₁n_S2

令n_S2＝i_bn_D6

其中，i_bn_D6表示轴六电机的输出转速通过传动和减速后，进入差动齿轮箱的第二输入轴的转速，i_b表示传动系数，且第一输入轴与第五锥齿轮同轴相连，根据传动关系，则有公式(11)如下：

n₉＝a₁n_S5+i_bb₁n_D6

将公式(11)带入公式(6)，有公式(12)如下：

当1-a₁＝0时，关于n_S6的自变量不在包含n_S5，可解耦，即需要满足公式(13)如下：

由于z₁₃＞0，z₁₅＞0，公式(13)无解；

故加一个传动关系，使得

其中，i_a为增加的传动关系的传动系数；

当1-a₁i_a＝0，即i_a＞1，才能保证1-a₁i_a＝0。

2.根据权利要求1所述的多轴机器人机械传动解耦的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据步骤(3)的推算，增加传动关系为：在差动齿轮箱上设置第十六齿轮和第十八齿轮，其中，第十五齿轮和第十六齿轮同轴相连，第十六齿轮和第十八齿轮啮合，第十八齿轮和第五锥齿轮共轴，差动齿轮箱的输出轴和第九齿轮相连，第二输入轴与第六齿轮相连，与轴六电机建立关系，第一输入轴通过第十六齿轮、第五锥齿轮、第十八齿轮、第八齿轮与五轴建立增速关系，则有：

当1-a₁i_a＝0时，即要求

可得公式(14)如下：z₈z₁₅z₁₈＝z₅z₁₃z₁₆+z₅z₁₅z₁₆。

3.根据权利要求2所述的多轴机器人机械传动解耦的方法，其特征在于，所述步骤(5)中将公式(14)中每个齿数数值确定，保证满足数学解析关系式的同时满足结构的几何关系。