CN101587016A

CN101587016A - 谐波减速器动态性能综合检测***

Info

Publication number: CN101587016A
Application number: CNA2009100232258A
Authority: CN
Inventors: 梅雪松; 陶涛; 许睦旬; 赵飞; 章云; 余新木
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2009-11-25

Abstract

本发明公开了一种谐波减速器动态性能综合检测***，包括机械部分和电气控制部分，机械部分包括安装在底板上的X导轨，该导轨上通过支架设置有依次同轴连接的第一伺服电机、随动减速器、加载组件、第一扭矩传感器、角度编码器、第一连接轴、被测谐波减速器、第二连接轴、旋转编码器、第二扭矩传感器、第二伺服电机；电气控制部分包括：工业控制计算机及其插在PCI卡槽中的运动控制卡、数据采集卡、计数卡；运动控制卡通过控制电路以及第一、第二伺服控制器分别与第一伺服电机和第二伺服电机控制连接；数据采集卡与第一、第二扭矩传感器信号连接；计数卡的角度及旋转编码器信号连接。本发明具有测试精度高、测试范围广，***运行自动化程度高等特点。

Description

谐波减速器动态性能综合检测***

技术领域

本发明涉及一种谐波减速器动态性能的综合检测***。

背景技术

随着高精度运动控制技术的不断发展，导弹、卫星位姿控制、机器人关节传动、机床转动等领域越来越需要高可靠性的谐波减速器。高可靠性的谐波减速器需要有相应的检测手段对其进行质量检验。谐波减速器的动态特性包括效率、寿命、传动精度、超载能力、启动力矩、刚度与回差、灵敏度与回零精度、过渡过程等，上述特性决定了谐波减速器的工作能力。传统的谐波减速器性能检测装置一般只能对减速器的一种或两种动态特性进行检测，通用性差，而且使用传统测试手段对谐波减速器的上述动态特性进行检测，需要多次工装，人为因素影响很大，很难保证测试精度。另外，传统检测装置在检验过程中大多需要操作者进行大量操作，自动化程度低。正因为上述缺点，使得传统的检测设备在实际使用中受到了限制。

发明内容

本发明为解决传统检测装置所存在的述问题，提供了一种高效、高精度、使用范围广、通用性强的谐波减速器动态特性检测***。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种谐波减速器动态性能综合检测***，包括机械部分和电气控制部分，其特征在于，

所述机械部分包括安装在底板上的X导轨，该导轨上设置有第一伺服电机、随动减速器、第一扭矩传感器、角度编码器，所述第一伺服电机通过第一支架固定在X导轨上，与随动减速器轴向相连；随动减速器通过第二支架固定在X导轨上，并通过一加载组件与第一扭矩传感器轴向相连；第一扭矩传感器通过第一支座安装在X导轨上，并与角度编码器轴向相连，角度编码器通过第三支架固定在X导轨上，并与第一连接轴相连；被测谐波减速器通过第四支架安装在X导轨上；被测谐波减速器输出轴与第一连接轴连接，输入轴与第二连接轴连接；第二连接轴上设有能随其转动的旋转编码器，旋转编码器通过第五支架安装在X导轨上；并与第二扭矩传感器轴向连接；第二扭矩传感器通过第二支座安装在X导轨上，并与第二伺服电机轴向连接，第二伺服电机通过第六支架安装在X导轨上；

所述电气控制部分包括：工业控制计算机及其插在PCI卡槽中的运动控制卡、数据采集卡、计数卡；运动控制卡双向信号连接一个控制电路的输出端；该控制电路的输入端分别与第一伺服控制器和第二伺服控制器信号连接，第一伺服控制器与第一伺服电机双向控制连接；第二伺服控制器与第二伺服电机双向控制连接；数据采集卡的输入端分别与第一扭矩传感器、第二扭矩传感器信号连接；计数卡的输入端分别与角度编码器、旋转编码器信号连接。

上述方案中，所述底板上安装有一个与X导轨处于同一平面的Y导轨，，该Y导轨垂直于X导轨安装在底板上靠近被测谐波减速器的一端。当被测谐波减速器为直角型减速器时，所述旋转编码器通过第五支架安装在Y导轨上；并与第二扭矩传感器轴向连接；第二扭矩传感器通过第二支座安装在Y导轨上，并与第二伺服电机轴向连接，第二伺服电机通过第六支架安装在Y导轨上，被测谐波减速器的输出轴与第一连接轴X向连接，输入轴与第二连接轴Y向连接。

所述第一伺服电机和第二伺服电机均自带有编码器，其输出连接相应的伺服控制器的输入端。

所述第一扭矩传感器与角度编码器轴向连接是采用一个加载联轴器实现的。被测谐波减速器在不需要加载时，脱开第一扭矩传感器与角度编码器轴向连接用加载联轴器。被测谐波减速器在进行刚度测试时，将第二连接轴与被测谐波减速器输入轴脱开，用专用谐波减速器堵头使被测谐波减速器输入轴堵转；或者不脱开连接，通过第二伺服电机的停机自锁功能对被测谐波减速器的输入轴进行堵转。

需进行加载时，利用工业控制计算机和高精度运动控制卡组成运动控制***控制第一电机和第二电机的运动，使测试***的运动可重复性达到±3分以内。通过程序改变第一伺服电机和第二伺服电机的角度差值，使加载组件产生的力矩对被测谐波减速器输出轴进行加载，并完成测试所需的负载运动；不需进行加载时，利用控制***控制交流伺服电机带动被测谐波减速器完成测试所需的同步运动。

加载过程中通过角度编码、旋转编码器测量被测谐波减速器的输入端输出端角度，通过两个扭矩传感器测量被测谐波减速器输入端输出端的转矩等信息，计算机根据不同的测试目的对信息进行处理，通过与测试***配套的专用软件计算出减速器的相应参数。

本发明机械部分针对被测减速器的型号以及不同的测试项目，选择直线型或直角型导轨安装形式以及被测谐波减速器与不同的传感器连接/脱开，可以完成上述多种动态特性的测试，达到了同一测试平台完成多种测试的目的，增强了通用性。

与传统检测装置相比，本发明自动化程度高、测试特性范围广、***测试精度高的特点。

附图说明

图1是本发明机械部分的结构示意图。

图2是本发明电气控制部分的结构框图。

图1、图2中：1-第一伺服电机；2-第一支架；3-联轴器；4-第二支架；5-随动减速器；6-加载组件；7-第一扭矩传感器；8-第一支座；9-联轴器；10-角度编码器；11-第三支架；12-第一连接轴；13-第四支架；14-被测谐波减速器；15-第五支架；16-第二连接轴；17-旋转编码器；18-联轴器；19-第二扭矩传感器；20-第二支座；21-联轴器；22-第六支架；23-第二伺服电机 24-Y导轨；25-底板；26-X导轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

本发明包括两部分：机械部分和电气控制部分。参见图1，机械部分包括交流伺服电机1，通过第一支架2固定在X导轨26上。伺服电机1的输出轴通过联轴器3与随动减速器5相连，随动减速器5通过第二支架4固定在X导轨26上。随动减速器5的输出轴与加载组件6一端相连，加载组件的另一端与扭矩传感器7相连，扭矩传感器7安装在第一支座8上，支座8安装在X导轨26上。连接轴12的一端通过联轴器9与扭矩传感器7连接。角度编码器10的光栅固定在连接轴12上，其外壳安装在第三支架11上，第三支架11固定在X导轨上。连接轴12的另一端与被测谐波减速器14的输出轴相连，被测谐波减速器14安装在第四支架13上，第四支架13固定在X导轨上。被测谐波减速器14的输入轴与连接轴16相连，编码器17安装在连接轴16上，并可随轴一起转动，编码器17的外壳固定在第五支架15上，支架15固定在X导轨上。连接轴16的另一端通过联轴器18与扭矩传感器19相连。扭矩传感器19安装在第二支座20上，支座20固定在X导轨上。扭矩传感器19的另一端通过联轴器21与交流伺服电机23相连，交流伺服电机安装在第六支架22上，支架22安装在X导轨上，X导轨26安装在底板25上。底板25上安装有一个与X导轨处于同一平面的Y导轨24，该Y导轨垂直于X导轨安装在底板上靠近被测谐波减速器的一端。

当被测谐波减速器14为直角型减速器时，被测谐波减速器14右侧的部件都可垂直挪到Y导轨上，即旋转编码器通过第五支架15安装在Y导轨上；并与第二扭矩传感器19轴向连接；第二扭矩传感器通过第二支座20安装在Y导轨上，并与第二伺服电机23轴向连接，第二伺服电机通过第六支架22安装在Y导轨上，被测谐波减速器14的输出轴与第一连接轴12在X导轨上轴向连接，被测谐波减速器的输入轴与第二连接轴16在Y导轨上轴向连接。

参见图2，电气控制部分包括：工业控制计算机，以及插在工业控制计算机PCI卡槽中的高精度运动控制卡、计数卡、多通道数据采集卡。运动控制卡通过电缆与机械测试台架中的第一、第二伺服控制器相连，第一、第二伺服控制器分别控制连接伺服电机1、伺服电机23。数据采集卡的输入端通过端子座信号连接第一扭矩传感器、第二扭矩传感器；计数卡的输入端通过端子座信号连接角度编码器、旋转编码器。工业计算机和运动控制卡构成高精度运动控制***，控制伺服电机和加载装置做精密运动。角度测量装置(角度编码器和旋转编码器)和扭矩测量装置(第一、第二扭矩传感器)、多通道数据采集卡、计数卡构成数据采集回路，采集被测谐波减速器的角度、扭矩等信息。

在工业计算机中安装有专用测试软件，运动控制卡执行专用软件的运行命令输出模拟量控制机械部分的交流伺服电机1、23运行；数据采集卡和计数卡执行专用软件的数据采集命令，采集机械部分中传感器的测试信息。伺服电机23通过扭矩传感器20、连接轴16带动被测谐波减速器14运动，构成完整的传动链。伺服电机1，随动减速器5，加载组件6和扭矩传感器7构成加载装置，通过连接轴12，在电气控制部分的控制下对被测谐波减速器进行加载。

根据不同的测试目的，电气控制部分中的运动控制卡控制伺服电机带动被测谐波减速器进行各种模式的运动，数据采集卡、计数卡采集相应的被测谐波减速器运行数据，以完成不同的测试项目。本测试***可以完成的测试项目有：传动效率测试、运行寿命测试、超载能力测试、启动力矩测试、刚度与回差测试、灵敏度与回零精度测试、传动精度测试、过渡过程测试等8项。上述测试功能完全包括《军用谐波传动变速器通用规范》(GJB2593-95)中所规定的B组第8-12项和第14项检验项目的检测，但不限于GJB2593-95所规定的项目。进行具体测试时，需要根据不同的项目选择连接机械结构中不同的测量传感器。

被测谐波减速器效率测试、寿命测试及超载能力测试时需要测量输入、输出端力矩；启动力矩测试时需要测量输入端力矩；灵敏度与回差测试和传动精度测试需要测量输入输出端角度；过渡过程需要测量输入端角度；刚度与回差需要测量输出端角度和力矩。

本发明的测试能力如下：测量力矩范围：0到1000N.m，角度测量精度10秒以内。

Claims

1、一种谐波减速器动态性能综合检测***，包括机械部分和电气控制部分，其特征在于：

所述机械部分包括安装在底板上的X导轨，该导轨上设置有第一伺服电机、随动减速器、第一扭矩传感器、角度编码器；所述第一伺服电机通过第一支架固定在X导轨上，与随动减速器轴向相连；随动减速器通过第二支架固定在X导轨上，并通过一加载组件与第一扭矩传感器轴向相连；第一扭矩传感器通过第一支座安装在X导轨上，并与角度编码器轴向相连，角度编码器通过第三支架固定在X导轨上，并与第一连接轴相连；被测谐波减速器通过第四支架安装在X导轨上；被测谐波减速器输出轴与第一连接轴连接，输入轴与第二连接轴连接；第二连接轴上设有能随其转动的旋转编码器，旋转编码器通过第五支架安装在X导轨上；并与第二扭矩传感器轴向连接；第二扭矩传感器通过第二支座安装在X导轨上，并与第二伺服电机轴向连接，第二伺服电机通过第六支架安装在X导轨上；

2、如权利要求1所述的谐波减速器动态性能综合检测***，其特征在于，所述底板上安装有一个与X导轨处于同一平面的Y导轨，该Y导轨垂直于X导轨安装在底板上靠近被测谐波减速器的一端。

3、如权利要求1所述的谐波减速器动态性能综合检测***，其特征在于，第一伺服电机和第二伺服电机均自带有编码器，其输出连接相应的伺服控制器的输入端。

4、如权利要求1所述的谐波减速器动态性能综合检测***，其特征在于，所述第一扭矩传感器与角度编码器轴向连接是采用一个加载联轴器实现的。

5、如权利要求4所述的谐波减速器动态性能综合检测***，其特征在于，被测谐波减速器在不需要加载时，脱开第一扭矩传感器与角度编码器轴向连接用加载联轴器。

6、如权利要求1所述的谐波减速器动态性能综合检测***，其特征在于，被测谐波减速器在进行刚度测试时，将第二连接轴与被测谐波减速器输入轴脱开，用专用谐波减速器堵头使被测谐波减速器输入轴堵转；或者不脱开连接，通过第二伺服电机的停机自锁功能对被测谐波减速器的输入轴进行堵转。

7、如权利要求2所述的谐波减速器动态性能综合检测***，其特征在于，当被测谐波减速器为直角型减速器时，所述旋转编码器通过第五支架安装在Y导轨上；并与第二扭矩传感器轴向连接；第二扭矩传感器通过第二支座安装在Y导轨上，并与第二伺服电机轴向连接，第二伺服电机通过第六支架安装在Y导轨上，被测谐波减速器的输出轴与第一连接轴X向连接，输入轴与第二连接轴Y向连接。