(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210474782.7 (22)申请日 2022.04.29 (71)申请人 长沙长泰机器人有限公司 地址 410000 湖南省长 沙市雨花区振华路 智庭园2栋 (72)发明人 王力　吴葛铭　杨倩倩　罗堃　 谭思雨　 (74)专利代理 机构 长沙思创联合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 43215 专利代理师 肖文祥 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种多轴机 器人机械传动解耦的方法 (57)摘要 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。 权利要求书4页 说明书10页 附图2页 CN 114670205 A 2022.06.28 CN 114670205 A 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。 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(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， nD5为轴五电机的输出转速； nS5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； nD6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权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114670205 A 2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； nH1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nH1＝nS5， 可得公式(4)如下： 根据传动关系有公式(5)如下： 式中， nS6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。 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(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； nSC1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：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114670205 A 3