一种机器人精密关节减速器的制作方法

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人精密关节减速器。

背景技术：

目前，随着科技和工业的发展，机器人由于其具有的强大功能越来越得到广泛关注，已经从工业生产行业逐步发展到替代人们生活中的诸多岗位，而机器人在使用过程中，往往主要靠机器人关节部位的转变活动来实现机器人的主要服务功能，而机器人关节位置和核心部件为减速器；

减速器主要采用刚性输入刚性输出，如rv减速器，它采用刚性输入刚性输出，其输入轴上的动力，通过刚性齿轮传递给输出轴，其不足之处是：刚性齿轮在传动过程中会有所磨损，这样会造成刚性齿轮与输出轴啮合时，产生较大的传动误差，不利于输出精度控制，并且齿轮减速箱长期工作后，磨损会越来越大，回转间隙也会越来越大；由于它采用刚性齿轮与输出轴啮合，所以对刚性齿轮的加工精度要求较高，使刚性齿轮的加工难度较高。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)刚性齿轮在传动过程中会有所磨损，这样会造成刚性齿轮与输出轴啮合时，产生较大的传动误差，不利于输出精度控制，并且齿轮减速箱长期工作后，磨损会越来越大，回转间隙也会越来越大；

(2)由于刚性齿轮与输出轴啮合，所以对刚性齿轮的加工精度要求较高，使刚性齿轮的加工难度较高。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种机器人精密关节减速器。

本发明是这样实现的，一种机器人精密关节减速器，所述机器人精密关节减速器具体包括：

动力模块，与中央控制模块连接，包括动力轮，用于通过电机带动动力轮进行旋转；

一次扭矩传递模块，与中央控制模块连接，包括从动带轮，用于通过从动带轮与动力轮通过皮带进行扭矩传递并输出；

二次扭矩传递模块，与中央控制模块连接，包括偏心齿轮组件，用于对从动带轮进行降速，并将扭矩进行传递并输出；

齿轮传动检测模块，与中央控制模块连接，包括微型摄像头，用于自动拍照测量偏心齿轮啮合接触印迹；

中央控制模块，与动力模块、一次扭矩传递模块、二次扭矩传递模块、齿轮传动检测模块连接，包括图像处理单元，影像测量单元，用于将动力模块中的扭矩通过一次扭矩传递模块、二次扭矩传递模块进行输出；并且采集微型摄像头对偏心齿轮组件的正面及反面啮合接触印迹，通过图像处理单元对采集的接触印迹图像进行去噪处理，并通过影像测量单元对采集的偏心齿轮组件的正面及反面啮合接触印迹进行测量处理和记录，并将处理结果与预设的阈值进行对比分析；

图像处理单元通过粒子群优化的均衡形态滤波图像去噪方法，包括：

(1)设输入图像为f，其像素大小为w*h；

定义零方阵单位结构元素se，其大小为n*n；

利用所述单位结构元素se定义均衡腐蚀运算：，即把集合内灰度值的中值作为所述输入图像像素点(i,j)的灰度值；其中，i取值范围为[0,w-n],j取值范围为[0,h-n],h取值范围为[0,n-1],k取值范围为[0,n-1]；

利用所述单位结构元素se定义均衡膨胀运算：

把集合内灰度值的中值作为所述输入图像像素点(i,j)的灰度值；其中，i取值范围为[0,w+n-2],j取值范围为[0,h+n-2],h取值范围为[0,n-1],k取值范围为[0,n-1]；

(2)设定粒子数为m，空间维数为d，第i个粒子的位置用d维向量xi＝(xi1，xid)表示，第i个粒子的飞翔速度用d维向量vi＝(vi1，vid)表示；所述粒子的初始位置和初速度各为(0，1)之间的随机数；根据所述初始位置得到所述单位结构元素se的大小，即得到n的初值；

(3)用具有所述初值的单位结构元素se对所述输入图像进行所述均衡腐蚀运算，得到大小为(w-n+1)*(h-n+1)的均衡腐蚀图像；

(4)用具有所述初值的单位结构元素se对所述均衡腐蚀图像进行所述均衡膨胀运算，得到大小为w*h的均衡膨胀图像，并计算所述均衡膨胀图像的峰值信噪比psnr；

(5)以所述峰值信噪比psnr为代价函数，用粒子群优化技术更新所述粒子速度v与所述粒子位置x，得到全局最优的粒子位置；根据所述全局最优的粒子位置得到所述单位结构元素se的大小，即得到n的最优值；

(6)用具有所述最优值的单位结构元素se对所述的输入图像依次进行所述均衡腐蚀、均衡膨胀运算，得到输出图像。

进一步，机器人精密关节减速器的结构还包括：

无线信号传输模块，与中央控制模块连接，包括无线信号收发器，用于通过无线信号收发器将监测的结果远程传输到移动终端；

存储模块，与中央控制模块连接，包括存储器，用于使用存储器存储中央控制模块处理后的图像信息及结果；

电力模块，与各模块连接，包括蓄电池和电压转换组件，用于对外接电源进行电压转换和通过蓄电池进行应急供电，实现对各模块的供电；

报警模块，与中央控制模块连接，包括报警灯和蜂鸣器，用于在中央控制模块处理结果超出预设的阈值时进行报警，用于提醒人员对减速器进行保养。

进一步，动力轮、从动带轮与皮带进行连接的一侧设置有张紧轮，防止皮带脱齿。

进一步，从动带轮为中空轮体，轮体的一侧开口，开口处安装柔轮，轮体内侧壁设置有两排齿，两排齿与安装在内圈的柔轮的两排齿配合，柔轮的每一排齿可单独带动柔轮进行旋转，实现两种传动比输出。

进一步，中空轮体的两排齿之间成型有环形凹槽，环形凹槽的润滑油可沉淀一部分废渣，保证齿处的润滑油较为洁净。

进一步，所述齿轮传动检测模块包括：

图像采集单元，包括两组分别设置在齿轮两边的摄像头组件，通过两组摄像头组件分别对齿轮的两侧进行拍照采集；

图像处理单元，对采集的啮合接触印迹的影像进行测量处理和记录；

文件保存单元，用于将截图拍摄产生图片格式文件自动存入到指定文件名称的文件夹内；

标识识别单元，用于对齿轮的标识信息进行采集，记录标识信息并且将标识信息储存在图片格式文件存储的文件夹内。

进一步，所述齿轮传动检测模块在对偏心齿轮啮合接触印迹进行测量时，具体包括以下步骤：

1)第一组摄像头组件对准齿轮的正面的啮合接触印迹，第二组摄像头组件对准齿轮的反面的啮合接触印迹，并将采集的印迹图像实时传递到中央控制模块；

2)中央控制模块通过影像测量软件分别对第一组和第二组摄像头组件采集的啮合接触印迹的影像进行测量处理和记录；

3)第一组摄像头组件和第二组摄像头组件通过截图拍摄产生图片格式文件，图片格式文件自动存入到指定文件夹内；

4)对齿轮的标识信息进行采集，记录标识信息并且将标识信息储存在图片格式文件存储的文件夹内。

本发明的另一目的在于提供一种偏心齿轮组件的制备方法，具体如下：

步骤一，通过精铸或锻造加工出偏心齿轮的毛坯，对偏心齿轮的毛坯进行热挤压操作；

步骤二，对步骤一中的偏心齿轮毛坯进行粗加工，进行粗车外圆和内孔；

步骤三，对粗加工的偏心齿轮进行调质处理；

步骤四，对经过热处理的偏心齿轮以外圆为基准，进行插齿和半精车内轴承滚道；

步骤五，对半精加工过的偏心齿轮进行渗氮淬火，采用压淬工艺；

步骤六，对步骤五热处理完毕的偏心齿轮以内孔为基准，经过一次装夹精磨加工内轴承滚道和精磨内齿。

进一步，步骤三中调质处理温度为740～770℃，保温5～6小时。

进一步，步骤二中的插齿加工余量为0.15mm。

进一步，步骤五中内齿加入芯棒后进行淬火，所述芯棒与齿圈加工的齿形间隙小于0.01，所述淬火温度1230-1250℃。

进一步，步骤六中的内轴承滚道使用砂轮修形器精修内轴承滚道，砂轮修形器采用的砂轮轮面为半径0.1mm的弧面。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明通过采集微型摄像头对偏心齿轮组件的正面及反面啮合接触印迹，通过图像处理单元对采集的接触印迹图像进行去噪处理，并通过影像测量单元对采集的偏心齿轮组件的正面及反面啮合接触印迹进行测量处理和记录，并将处理结果与预设的阈值进行对比分析，可及时发现刚性齿轮与输出轴啮合的传动误差，及磨损状态，有利于精度的控制；

本发明提供的偏心齿轮组件的加工方法，可提高刚性齿轮的加工精度，并提高使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的机器人精密关节减速器结构框图；

图2是本发明实施例提供的从动带轮结构示意图；

图3是本发明实施例提供的偏心齿轮组件的制备方法流程图；

图中：1、动力模块；2、一次扭矩传递模块；3、二次扭矩传递模块；4、齿轮传动检测模块；5、中央控制模块；6、无线信号传输模块；7、存储模块；8、电力模块；9、报警模块；10、中空轮体；11、环形凹槽；12、两排齿。

图4是本发明实施例提供的齿轮传动检测模块的结构示意图。

图5是本发明实施例提供的齿轮传动检测模块在对偏心齿轮啮合接触印迹进行测量时流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种机器人精密关节减速器，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1和图2所示，本发明提供的机器人精密关节减速器的结构具体包括：

动力模块1，与中央控制模块5连接，包括动力轮，用于通过电机带动动力轮进行旋转；

一次扭矩传递模块2，与中央控制模块5连接，包括从动带轮，用于通过从动带轮与动力轮通过皮带进行扭矩传递并输出；

二次扭矩传递模块3，与中央控制模块5连接，包括偏心齿轮组件，用于对从动带轮进行降速，并将扭矩进行传递并输出；

齿轮传动检测模块4，与中央控制模块5连接，包括微型摄像头，用于自动拍照测量偏心齿轮啮合接触印迹；

中央控制模块5，与动力模块1、一次扭矩传递模块2、二次扭矩传递模块3、齿轮传动检测模块4、无线信号传输模块6、存储模块7、电力模块8和报警模块9连接，包括图像处理单元，影像测量单元，用于将动力模块中的扭矩通过一次扭矩传递模块、二次扭矩传递模块进行输出；并且采集微型摄像头对偏心齿轮组件的正面及反面啮合接触印迹，通过图像处理单元对采集的接触印迹图像进行去噪处理，并通过影像测量单元对采集的偏心齿轮组件的正面及反面啮合接触印迹进行测量处理和记录，并将处理结果与预设的阈值进行对比分析；

无线信号传输模块6，与中央控制模块连接，包括无线信号收发器，用于通过无线信号收发器将监测的结果远程传输到移动终端；

存储模块7，与中央控制模块连接，包括存储器，用于使用存储器存储中央控制模块处理后的图像信息及结果；

电力模块8，与各模块连接，包括蓄电池和电压转换组件，用于对外接电源进行电压转换和通过蓄电池进行应急供电，实现对各模块的供电；

报警模块9，与中央控制模块连接，包括报警灯和蜂鸣器，用于在中央控制模块处理结果超出预设的阈值时进行报警，用于提醒人员对减速器进行保养。

本发明实施例中的图像处理单元通过粒子群优化的均衡形态滤波图像去噪方法，包括：

(1)设输入图像为f，其像素大小为w*h；

定义零方阵单位结构元素se，其大小为n*n；

利用所述单位结构元素se定义均衡腐蚀运算：，即把集合内灰度值的中值作为所述输入图像像素点(i,j)的灰度值；其中，i取值范围为[0,w-n],j取值范围为[0,h-n],h取值范围为[0,n-1],k取值范围为[0,n-1]；

利用所述单位结构元素se定义均衡膨胀运算：

把集合内灰度值的中值作为所述输入图像像素点(i,j)的灰度值；其中，i取值范围为[0,w+n-2],j取值范围为[0,h+n-2],h取值范围为[0,n-1],k取值范围为[0,n-1]；

(2)设定粒子数为m，空间维数为d，第i个粒子的位置用d维向量xi＝(xi1，xid)表示，第i个粒子的飞翔速度用d维向量vi＝(vi1，vid)表示；所述粒子的初始位置和初速度各为(0，1)之间的随机数；根据所述初始位置得到所述单位结构元素se的大小，即得到n的初值；

(3)用具有所述初值的单位结构元素se对所述输入图像进行所述均衡腐蚀运算，得到大小为(w-n+1)*(h-n+1)的均衡腐蚀图像；

(4)用具有所述初值的单位结构元素se对所述均衡腐蚀图像进行所述均衡膨胀运算，得到大小为w*h的均衡膨胀图像，并计算所述均衡膨胀图像的峰值信噪比psnr；

(5)以所述峰值信噪比psnr为代价函数，用粒子群优化技术更新所述粒子速度v与所述粒子位置x，得到全局最优的粒子位置；根据所述全局最优的粒子位置得到所述单位结构元素se的大小，即得到n的最优值；

(6)用具有所述最优值的单位结构元素se对所述的输入图像依次进行所述均衡腐蚀、均衡膨胀运算，得到输出图像。

动力轮、从动带轮与皮带进行连接的一侧设置有张紧轮，防止皮带脱齿。从动带轮为中空轮体10，轮体的一侧开口，开口处安装柔轮，轮体内侧壁设置有两排齿12，两排齿12与安装在内圈的柔轮的两排齿配合，柔轮的每一排齿可单独带动柔轮进行旋转，实现两种传动比输出。钢轮的两排齿12之间成型有环形凹槽11，环形凹槽11的润滑油可沉淀一部分废渣，保证齿处的润滑油较为洁净。

如图3所示，本发明实施例提供的偏心齿轮组件的制备方法，具体包括：

s101：通过精铸或锻造加工出偏心齿轮的毛坯，对偏心齿轮的毛坯进行热挤压操作。

s102：对步骤s101中的偏心齿轮毛坯进行粗加工，进行粗车外圆和内孔。

s103：对粗加工的偏心齿轮进行调质处理。

s104：对经过热处理的偏心齿轮以外圆为基准，进行插齿和半精车内轴承滚道。

s105：对半精加工过的偏心齿轮进行渗氮淬火，采用压淬工艺。

s106：对步骤s105热处理完毕的偏心齿轮以内孔为基准，经过一次装夹精磨加工内轴承滚道和精磨内齿。

在s103中调质处理温度为740～770℃，保温5～6小时。

在s102中插齿加工余量为0.15mm。

在s105中内齿加入芯棒后进行淬火，所述芯棒与齿圈加工的齿形间隙小于0.01，所述淬火温度1230-1250℃。

在s106中内轴承滚道使用砂轮修形器精修内轴承滚道，砂轮修形器采用的砂轮轮面为半径0.1mm的弧面。

如图4所示，本发明实施例中的齿轮传动检测模块包括：

图像采集单元，包括两组分别设置在齿轮两边的摄像头组件，通过两组摄像头组件分别对齿轮的两侧进行拍照采集；

图像处理单元，对采集的啮合接触印迹的影像进行测量处理和记录；

文件保存单元，用于将截图拍摄产生图片格式文件自动存入到指定文件名称的文件夹内；

标识识别单元，用于对齿轮的标识信息进行采集，记录标识信息并且将标识信息储存在图片格式文件存储的文件夹内。

如图5所示，本发明实施例中的齿轮传动检测模块在对偏心齿轮啮合接触印迹进行测量时，具体包括以下步骤：

s201，第一组摄像头组件对准齿轮的正面的啮合接触印迹，第二组摄像头组件对准齿轮的反面的啮合接触印迹，并将采集的印迹图像实时传递到中央控制模块；

s202，中央控制模块通过影像测量软件分别对第一组和第二组摄像头组件采集的啮合接触印迹的影像进行测量处理和记录；

s203，第一组摄像头组件和第二组摄像头组件通过截图拍摄产生图片格式文件，图片格式文件自动存入到指定文件夹内；

s204，对齿轮的标识信息进行采集，记录标识信息并且将标识信息储存在图片格式文件存储的文件夹内。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。