1.本发明涉及减速器技术领域，尤其是涉及一种谐波减速器及谐波减速器的控制方法。
背景技术：2.谐波减速器是一种利用行星齿轮传动原理发展起来的新型减速器，主要由刚轮、柔轮、柔性轴承和输入轴组成，运动过程中输入轴的凸轮会通过柔性轴承迫使柔轮产生可控径向弹性变形，从而实现柔轮与刚轮相互啮合，进而传递运动和动力。其中，柔性轴承的内圈受输入轴的凸轮作用产生强制形变，运转时不会产生周期性形变；柔性轴承的外圈受滚珠挤压产生弹性形变，并在外载荷作用下随着输入轴的转动而产生周期性形变。谐波减速器作为一类重要的传动机构，其拥有运动精度高、传动比范围大、结构紧凑、体积小、重量轻、传动惯量小、能在密闭空间传递运动等一系列优点，广泛使用于航空航天、机器人、精密加工设备、雷达设备、医疗设备等领域。
3.但谐波减速器的缺点为在谐波齿轮传动中柔轮发生变形，极易引起材料的疲劳损坏，损耗功率大，从而谐波减速器在工作过程中会出现多种失效形式，其中柔轮撕裂、柔性轴承断裂、减速器各方面性能衰减等为常见失效形式。任何失效形式都存在伤害使用主体的安全隐患，例如机器人和机床等在其减速器零件突然失效后会造成操作失控甚至猛烈撞机、损坏其他相关系统等，不仅给设备维修或保障带来巨大的麻烦，甚至还会带来巨大的经济负担。
4.现有一种谐波减速器可靠寿命预测方法，通过连续检测谐波减速器输入轴转角与输出轴转角，然后计算得到连续的传动误差数据，反映出谐波减速器在转动中由负载与惯性载荷变化引起的连续的传动误差变化，从而实现谐波减速器的寿命评估。然而，此现有寿命预测方法存在判断结果反馈滞后的问题，因其需要检测谐波减速器输入轴转角与输出轴转角，一旦柔轮突发工作失效时，现有寿命预测方法需要检测到输出轴转角后再给出结果反馈，但设备在其减速器的柔轮突发工作失效的瞬间就发生操作失控甚至猛烈撞机、损坏其他相关系统等安全事故，仍然会引起设备损坏甚至重大损失。
技术实现要素：5.本发明的第一目的是提供一种能够有效实现失效预警的谐波减速器，从而避免谐波减速器突发失效引起安全隐患。
6.本发明的第二目的是提供一种能够有效实现失效预警的谐波减速器的控制方法，从而避免谐波减速器突发失效引起安全隐患。
7.为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种谐波减速器，包括输入轴、柔性轴承、柔轮、第一传感器、第二传感器和控制模块，柔性轴承的内圈套接在输入轴的凸轮上，柔轮套接在柔性轴承的外圈上，控制模块分别与第一传感器和第二传感器电连接，第一传感器检测柔轮的转速v1，第二传感器检测外圈的转速v2，控制模块计算柔轮与外圈之间的相对
转速控制模块中设置有预设失效限值，当相对转速大于预设失效限值时，控制模块发出报警提示信息。
8.从上述方案可见，本发明谐波减速器通过第一传感器实时检测柔轮的转速v1，并通过第二传感器实时检测柔性轴承的外圈的转速v2，控制模块获取柔轮的转速v1和柔性轴承的外圈的转速v2后进行计算柔轮与柔性轴承的外圈之间的相对转速由于控制模块中设置有预设失效限值，当控制模块判定相对转速v
δ
大于该预设失效限值时，说明柔轮与柔性轴承的外圈之间存在较大的相对滑动，则柔轮与柔性轴承的外圈之间的摩擦增大，存在较大能量损耗，进而导致减速器失效，此时控制模块发出报警提示信息，工作人员获得该报警提示信息后进行停机并检查更换零部件。相对现有预测方法存在判断结果反馈滞后的问题，本发明谐波减速器一旦出现柔轮突发工作失效的隐患时，谐波减速器的控制模块能够瞬间有效地获得判断结果并进行失效预警反馈，避免谐波减速器突发失效引起安全隐患，进而避免机床或机器人等其他使用主体出现安全隐患。
9.一个优选的方案是，谐波减速器还包括端盖，端盖在输入轴的轴向上位于柔性轴承的一端，第一传感器和第二传感器分别设置在端盖靠近柔性轴承的内端面上；第一传感器在输入轴的轴向上与柔轮对应设置，第二传感器在输入轴的轴向上与外圈对应设置，且第一传感器和第二传感器均为激光速度传感器；或者，第一传感器为光电门传感器，柔轮凸出设置有挡板，挡板可穿过光电门传感器的光电门，且第二传感器为激光速度传感器并在输入轴的轴向上与外圈对应设置。
10.更进一步的方案是，控制模块设置在端盖靠近柔性轴承的内端面上，或者，控制模块设置在端盖远离柔性轴承的外端面上。
11.更进一步的方案是，报警器设置在端盖靠近柔性轴承的内端面上，或者，报警器设置在端盖远离柔性轴承的外端面上。
12.更进一步的方案是，预设失效限值为y＝ae
x
曲线上的预设点，其中y为预设相对转速，x为输入轴的转速，a为修正系数，且2.3≤a≤5.8。
13.更进一步的方案是，谐波减速器还包括报警器，报警器与控制模块电连接，报警器用于发出报警信号。
14.更进一步的方案是，谐波减速器还包括电源模块，电源模块与控制模块电连接。
15.更进一步的方案是，谐波减速器还包括动力发电模块，动力发电模块将输入轴的动力转换成电能，且电源模块与动力发电模块电连接，电源模块为储能电池。
16.更进一步的方案是，动力发电模块呈环形套设在输入轴上。
17.为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种谐波减速器的控制方法，谐波减速器包括输入轴、柔性轴承和柔轮，柔性轴承的内圈套接在输入轴的凸轮上，柔轮套接在柔性轴承的外圈上，控制方法包括：获取柔轮的转速v1，获取外圈的转速v2，并计算柔轮与外圈之间的相对转速间的相对转速判定相对转速是否大于预设失效限值，如是，则发出报警提示信息。
18.更进一步的方案是，预设失效限值为y＝ae
x
曲线上的预设点，其中y为预设相对转速，x为输入轴的转速，a为修正系数，且2.3≤a≤5.8。
19.本发明谐波减速器的控制方法通过获取柔轮的转速v1和柔性轴承的外圈的转速v2，并计算柔轮与柔性轴承的外圈之间的相对转速，并计算柔轮与柔性轴承的外圈之间的相对转速之后判定相对转速v
δ
是否大于预设失效限值，如是，说明柔轮与柔性轴承的外圈之间存在较大的相对滑动，此时柔轮与柔性轴承的外圈之间的摩擦增大，从而能量损耗较大，进而导致减速器失效，则发出报警提示信息，工作人员获得该报警提示信息后进行停机并检查更换零部件。相对现有预测方法存在判断结果反馈滞后的问题，本发明谐波减速器的控制方法可在柔轮突发工作失效时，能够瞬间有效地获得判断结果并进行失效预警反馈，从而避免谐波减速器突发失效引起安全隐患，进而避免机床或机器人等其他使用主体出现安全隐患。
附图说明
20.图1是本发明谐波减速器第一实施例的剖视图。
21.图2是图1在a处的放大图。
22.图3是本发明谐波减速器第一实施例的失效预警示意图。
23.图4是本发明谐波减速器第二实施例的剖视图。
24.图5是图4在b处的放大图。
25.图6是本发明谐波减速器第三实施例的剖视图。
26.图7是图6在c处的放大图。
27.图8是本发明谐波减速器的控制方法的流程图。
28.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
29.谐波减速器第一实施例：
30.参见图1和图2，本实施例公开一种谐波减速器，包括输入轴11、柔性轴承12、柔轮13、刚轮14和端盖15，柔性轴承12的内圈121套接在输入轴11的凸轮上，柔轮13套接在柔性轴承12的外圈122上，刚轮14套设在柔轮13的外周并与柔轮13相互啮合。其中，本实施例谐波减速器还包括第一传感器21、第二传感器22、报警器19和控制模块20，控制模块20分别与第一传感器21、第二传感器22和报警器19电连接，第一传感器21检测柔轮13的转速v1，第二传感器22检测柔性轴承12的外圈122的转速v2，控制模块20计算柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的相对转速控制模块20中设置有预设失效限值，当相对转速大于该预设失效限值时，控制模块20发出的报警提示信息通过报警器19发出报警信号。
31.本实施例谐波减速器通过第一传感器21实时检测柔轮13的转速v1，并通过第二传感器22实时检测柔性轴承12的外圈122的转速v2，控制模块20获取柔轮13的转速v1和柔性轴承12的外圈122的转速v2后进行计算柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的相对转速
由于控制模块20中设置有预设失效限值，当控制模块20判定相对转速v
δ
大于该预设失效限值时，说明柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间存在较大的相对滑动，此时柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的摩擦增大，存在较大能量损耗，进而导致减速器失效，则控制模块20发出的报警提示信息通过报警器19发出报警信号，工作人员收到报警信号后进行停机并检查更换零部件。相对现有预测方法存在判断结果反馈滞后的问题，本实施例谐波减速器一旦出现柔轮13突发工作失效的隐患时，谐波减速器的控制模块20能够瞬间有效地获得判断结果并进行失效预警反馈，避免谐波减速器突发失效引起安全隐患，进而避免机床或机器人等其他使用主体出现安全隐患。
32.具体地，本实施例端盖15在所述输入轴11的轴向上位于所述柔性轴承12的一端并通过深沟球轴承16套接在输入轴11上，端盖15通过螺钉(未标示)与刚轮14固定连接，第一传感器21和所述第二传感器22分别设置在端盖15靠近柔性轴承12的内端面上。其中，第一传感器21在输入轴11的轴向上与柔轮13对应设置，第二传感器22在输入轴11的轴向上与外圈122对应设置，且第一传感器21和第二传感器22均为激光速度传感器。激光速度传感器有两个端口，一个红外光源发射端口，另外一个是接收端口，从而实现极短时间内两个采集数据对比获取运动转速。为了提高转速检测的精确度，本实施例柔轮13的端面和柔性轴承12的外圈122的端面分别粘贴有红外反射贴片(未标示)，有助于激光速度传感器的数据采集。
33.为了进一步提高失效预警的准确度，本实施例预设失效限值为y＝ae
x
曲线上的某一个预设点，其中y为预设相对转速，x为输入轴11的转速，a为修正系数，且2.3≤a≤5.8，因此将输入轴11的不同转速代入该公式，可以计算获得具体的预设失效限值。具体参见图3，图3是谐波减速器的失效预警示意图，图3中的曲线即为某型号谐波减速器在不同输入转速情况下柔轮13与柔性轴承12的外圈122的预设相对转速拟合的轨迹方程。当柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的实时相对转速v
δ
小于或等于预设失效限值曲线对应的相对转速时，即图3中曲线的下方或者在曲线上的三角形点，则说明柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的相对滑动较小，尚未出现失效情况；当柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的实时相对转速v
δ
大于预设失效限值曲线对应的相对转速时，即图3中曲线上方的圆圈内的三角形异常点，则说明柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间存在较大的相对滑动，此时柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的摩擦增大，能量损耗较大，进而导致减速器失效，会发出报警信号。
34.另外，本实施例谐波减速器还包括电源模块18，该电源模块18与控制模块20电连接以便为控制模块20供电。此外，本实施例谐波减速器还包括动力发电模块17，动力发电模块17将输入轴11的动力转换成电能，且电源模块18与动力发电模块17电连接，则本实施例电源模块18为储能电池。优选地，本实施例动力发电模块17呈环形套设在输入轴11上。输入轴11作为动力发电模块17的动力源，通过输入轴11的转动带动环形动力发电模块17内部的转子永磁体转动，从而在动力发电模块17的环形线圈绕组内不停旋转切割磁场产生电流，通过整流器将电流输送至储能电池中用于供电，无需外接电源，并且能够有效利用输入轴11的动力，节约能源。
35.为了保证电源模块18、控制模块20、报警器19和动力发电模块17具有良好工作环境，本实施例电源模块18、控制模块20、报警器19和动力发电模块17分别设置在端盖15靠近
柔性轴承12的内端面上，进而提高减速器的密封性。其中，本实施例报警器19可设置成能够发出报警声音的声音报警器。
36.谐波减速器第二实施例：
37.作为对本发明谐波减速器第二实施例的说明，以下仅对与谐波减速器第一实施例的不同之处进行说明。
38.参见图4和图5，本实施例谐波减速器的第一传感器21、第二传感器22、电源模块18和动力发电模块17分别设置在端盖15靠近柔性轴承12的内端面上，而控制模块20和报警器19分别设置在端盖15远离柔性轴承12的外端面上，从而报警器19可设置成能够发出报警声音的声音报警器，或者报警器19可设置成能够发出报警闪烁光的可视化报警器，外设的控制模块20方便工作人员操作。
39.谐波减速器第三实施例：
40.作为对本发明谐波减速器第三实施例的说明，以下仅对与谐波减速器第一实施例的不同之处进行说明。
41.参见图6和图7，本实施例谐波减速器的第一传感器21
′
和第二传感器22分别设置在端盖15靠近柔性轴承12的内端面上，其中第一传感器21
′
为光电门传感器，柔轮13凸出设置有挡板131，挡板131可穿过光电门传感器的光电门，从而检测柔轮13的转速v1。本实施例谐波减速器的第二传感器22为激光速度传感器并在输入轴11的轴向上与柔性轴承12的外圈122对应设置，从而检测柔性轴承12的外圈122的转速v2。
42.谐波减速器的控制方法实施例：
43.参见图8，本实施例谐波减速器的控制方法可通过上述谐波减速器执行，控制方法包括：
44.执行步骤s1：获取柔轮13的转速v1，获取柔性轴承12的外圈122的转速v2，并计算柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的相对转速
45.执行步骤s2：判定相对转速v
δ
是否大于预设失效限值，如是，则执行步骤s3，发出报警提示信息，若否，则执行步骤s1，获取柔轮13的转速v1，获取柔性轴承12的外圈122的转速v2，并计算柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的相对转速
46.本实施例谐波减速器的控制方法通过获取柔轮13的转速v1和柔性轴承12的外圈122的转速v2，并计算柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的相对转速之后判定相对转速v
δ
是否大于预设失效限值，如是，说明柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间存在较大的相对滑动，此时柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的摩擦增大，从而能量损耗较大，进而导致减速器失效，发出报警提示信息，工作人员获得该报警提示信息后进行停机并检查更换零部件。相对现有预测方法存在判断结果反馈滞后的问题，本实施例谐波减速器的控制方法可在柔轮13突发工作失效时，能够瞬间有效地获得判断结果并进行失效预警反馈，避免谐波减速器突发失效引起安全隐患，进而避免机床或机器人等其他使用主体出现安全隐患。
47.为了进一步提高失效预警的准确度，本实施例预设失效限值为y＝ae
x
曲线，其中y
为预设相对转速，x为输入轴11的转速，a为修正系数，且2.3≤a≤5.8。具体参见图3，图3是谐波减速器的失效预警示意图，图3中的曲线即为某型号谐波减速器在不同输入转速情况下柔轮13与柔性轴承12的外圈122的预设相对转速拟合的轨迹方程。当柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的实时相对转速v
δ
小于或等于预设失效限值曲线对应的相对转速时，即图3中曲线的下方或者在曲线上的三角形点，则说明柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的相对滑动较小，尚未出现失效情况；当柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的实时相对转速v
δ
大于预设失效限值曲线对应的相对转速时，即图3中曲线上方的圆圈内的三角形异常点，则说明柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间存在较大的相对滑动，此时柔轮13与柔性轴承12的外圈122之间的摩擦增大，能量损耗较大，进而导致减速器失效，会发出报警信号。
48.以上实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。