CN102901625B - 一种机器人关节用减速器综合性能测试*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人关节用减速器综合性能测试***，包括机械部分和电气控制部分，机械部分包括依次同轴连接的伺服电机，被测减速器，角度测量装置，扭矩传感器，负载手臂，所述这些元件通过支架固定在水平导轨上，所述被测减速器上装有温度传感器；电气控制部分包括：工业控制计算机、运动控制卡，数据采集卡，计数卡以及温度采集模块；运动控制卡通过伺服驱动器与伺服电机连接；数据采集卡与扭矩传感器信号输出端及伺服驱动器扭矩监测端连接；计数卡与角度测量装置的信号输出端连接；温度传感器通过温度采集模块与计算机串口连接。本发明能够对机器人关节用减速器的综合性能，进行测试，结构简单，测试精度高、通用性好。

Description

一种机器人关节用减速器综合性能测试***

技术领域

本发明涉及一种机器人关节用减速器，特别涉及一种机器人关节用减速器综合性能测试***。

背景技术

机器人关节减速器是多自由度机器人的基础部件，同样也是很多工业机器人，如点焊机器人，码垛机器人及搬运机器人的核心功能部件，其综合性能的好坏直接影响机器人的工作性能。随着世界工业的发展，对于机器人这类自动化产品的需求越来越大，尤其是汽车生产线，所以就需要开发设计和制造出更多高性能的机器人关节减速器，以满足机器人设备的需要，这就需要我们研究机器人关节减速器的效率、寿命、传动精度、启动力矩、刚度与回差、过渡过程、温升等动力学及摩擦学综合特性，这些特性就决定了机器人关节的工作能力。而如何获取机器人关节减速器的这些性能指标，对机器人关节的性能进行测试评估，获知影响机器人关节减速器的重要参数，一直都缺少一套完整的模拟机器人运动的关节减速器测试***。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提出了一种机器人关节用减速器综合性能测试***，以对机器人减速器的各个性能指标进行检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：包括依次连接且通过支架固定在水平导轨上的伺服电机、被测减速器、角度测量装置、扭矩传感器，以及负载臂或轴端固定杆，所述被测减速器上安装有温度传感器，所述伺服电机自带编码器，伺服电机自带编码器和角度测量装置分别用于读取被测减速器的输入输出角度信息，伺服电机连接有伺服驱动器，该伺服驱动器的扭矩检测端口与扭矩传感器用于读取被测减速器的输入和输出扭矩信息，温度传感器用于读取被测减速器的温度变化信息，所述伺服电机、角度测量装置、扭矩传感器，以及温度传感器均与控制计算机相连。作为本发明的优选实施例，所述伺服电机和被测减速器直接连接并通过第一支架固定在水平导轨上；

作为本发明的优选实施例，所述被测减速器的输出端连接有第一连接轴，所述角度测量装置设置在第一连接轴上且随第一连接轴转动；

作为本发明的优选实施例，所述角度测量装置通过第二支架安装在水平导轨上；

作为本发明的优选实施例，所述扭矩传感器的两端通过联轴器分别与角度测量装置和负载臂连接，所述负载臂安装在第二连接轴上，所述第二连接轴安装在扭矩传感器的输出端，所述扭矩传感器通过第一支座安装在水平导轨上，所述第二连接轴通过第三支架安装在水平导轨上；

作为本发明的优选实施例，所述负载臂包括负载杆和负载盘，所述负载盘通过螺栓安装在负载杆的螺栓孔内；

作为本发明的优选实施例，所述扭矩传感器的两端通过联轴器分别与角度测量装置和轴端固定杆连接，所述轴端固定杆安装在第二连接轴一端，所述第二连接轴安装在扭矩传感器的输出端，所述轴端固定杆通过第三支座安装在水平导轨上；

作为本发明的优选实施例，所述伺服电机通过运动控制卡与控制计算机相连，所述运动控制卡与伺服驱动器的信号控制端相连进行信号双向通讯，伺服驱动器与伺服电机双向信号连接，以此实现对伺服电机运动的控制，并且记录伺服电机自带编码器的角度信息；

作为本发明的优选实施例，所述扭矩传感器通过数据采集卡与控制计算机相连，所述数据采集卡的一个通道与伺服驱动器的扭矩监测端口相连，另一个通道与扭矩传感器的输出端相连；所述角度测量装置通过计数卡与控制计算机相连，所述温度传感器通过温度采集模块与控制计算机相连；

作为本发明的优选实施例，所述温度传感器为热敏电阻温度传感器。

与现有技术相比，本发明通过伺服电机自带编码器和角度测量装置读取被测减速器的输入输出角度信息，通过伺服驱动器的扭矩检测端口与扭矩传感器读取被测减速器的输入和输出扭矩信息，通过温度传感器读取被测减速器的温度变化信息，以此实现对机器人关节用减速器的效率、寿命、传动精度、启动力矩、刚度与回差、过渡过程、温升等一系列综合性能进行测试，结构简单，测试精度高，通用性好。

附图说明

图1是本发明***的机械结构图；

图2是本发明***的电气框图；

图1中，

1-伺服电机；2-被测减速器；3-第一连接轴；4-角度测量装置；5-联轴器；6-扭矩传感器；7-联轴器；8-第二连接轴；9-轴端固定杆；10-负载杆；11-负载盘；12-第三支架；13-第一支座；14-第二支架；15-温度传感器；16-第一支架；17-底座；18-水平导轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明测试***进行进一步的详细阐述：

参见图1机械部分，伺服电机1输出轴直接连接被测减速器2的输入端，并通过第一支架16固定在水平导轨18上面，水平导轨则固定在底座17上，被测减速器2上安装有温度传感器15进行温度的测量。被测减速器2输出端法兰通过第一连接轴3与之后的元件相连接，第一连接轴3上套有角度测量装置4的内圈并通过专用螺母紧固，角度测量装置4的外圈则通过第二支架14固定在水平导轨18上面。第一连接轴3通过第一联轴器5与扭矩传感器6相连接，扭矩传感器6通过第二联轴器7与第二连接轴8连接，扭矩传感器通过第一支座13固定在水平导轨上面。第二连接轴8通过第三支架12固定在水平导轨上。如果要进行刚度测定时，需将输出轴堵转，使第二连接轴8套上轴端固定杆9的一端，轴端固定杆9另一端通过第三支架12固定。如果通过负载手臂加载，则不使用轴端固定杆9，而是在第二连接轴8上安装负载手臂，负载手臂通过负载杆10和负载盘11组成。

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插槽中的运动控制卡、数据采集卡、计数卡和通过串口进行信号通讯的温度采集模块。运动控制卡通过一个端子板与伺服驱动器的信号控制端相连进行信号双向通讯，伺服驱动器与伺服电机双向信号连接，以此实现对伺服电机运动的控制，并且记录伺服电机自带编码器的角度信息，即***输入角度信息；数据采集卡的一个通道连接伺服驱动器的扭矩监测端口获得***输入扭矩信号，另一个通道与扭矩传感器的输出端相连以获得减速器的输出扭矩信号；计数卡通过线缆连接角度测量装置的信号输出端获得***的角度输出信号。温度传感器连接温度采集模块，温度采集模块的输出端与工业控制计算机的串口相连接，实现记录***温度变化情况并通过串口将信息传入工业控制计算机。

所述伺服电机自带编码器，编码器信号连接伺服驱动器的角度信号输入端口。伺服电机输出轴与机器人关节用减速器输入端直接相连并固定在同一支架上，不加入联轴器等其他连接原件，并且被测减速器表面贴有热敏电阻温度传感器，电阻变化信号通过温度采集模块及串口送入计算机。

所述角度测量装置内圈套在第一连接轴上，第一连接轴右侧轴端有螺纹，通过专用螺母螺纹连接将角度测量装置的内圈定位在内圈左侧连接轴轴肩上并紧固，角度测量装置的外圈通过螺钉连接紧固在第二支架上。并且第一连接轴上以轴端圆圆心为中心对称分布有贯通轴的螺栓孔，通过螺钉连接将第一连接轴与减速器法兰输出端相连。

所述被测减速器输出端是通过一个扭矩传感器与负载手臂相连，并且第一连接轴及第二连接轴与扭矩传感器的连接是采用两个弹性联轴器实现的。

***运行是通过工业控制计算机和运动控制卡实现对***输入运动的控制。***的加载通过负载手臂加载。若要将***输出堵转，进行刚度测定时，输出轴通过轴端固定杆连接支架，即所述第二连接轴上通过键连接套有一个轴端固定杆，轴端固定杆的另一端通过螺栓连接固定在第三支架上，实现第二连接轴的堵转。

***运行的过程中通过角度测量装置和伺服电机自带编码器读取关节减速器输入输出角度信息，通过扭矩传感器和伺服驱动器的扭矩监测端口读取关节减速器输入输出扭矩信息，通过热敏电阻温度传感器读取关节减速器关键点的温度变化情况并且通过***配套的专用软件实现数据的处理和显示。通过以上高精度测试元件可实现对减速器综合性能的测试，通用性好，结构简单。

工业控制计算机上装有测试软件以启动和使用PCI插槽中的运动控制卡、数据采集卡和计数卡，发出模拟量信号控制伺服电机动作，实现对***输入输出角度和扭矩信号的采集和通过串口记录温度变化信息等。

本发明的扭矩测量范围0-200N.m，角度测量精度10秒以内，能够对机器人关节用减速器的效率、寿命、传动精度、启动力矩、刚度与回差、过渡过程、温升等一系列综合性能进行测试，结构简单，测试精度高，通用性好。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：包括依次连接且通过支架固定在水平导轨(18)上的伺服电机(1)、被测减速器(2)、角度测量装置(4)、扭矩传感器(6)，以及负载臂或轴端固定杆，所述被测减速器上安装有温度传感器(15)，所述伺服电机自带编码器，伺服电机自带编码器和角度测量装置分别用于读取被测减速器的输入、输出角度信息，伺服电机连接有伺服驱动器，该伺服驱动器的扭矩监测端口与扭矩传感器分别用于读取被测减速器的输入、输出扭矩信号，温度传感器用于读取被测减速器的温度变化信息，所述伺服电机、角度测量装置、扭矩传感器以及温度传感器均与工业控制计算机相连；所述被测减速器的输出端连接有第一连接轴(3)，所述角度测量装置设置在第一连接轴上且随第一连接轴转动；所述扭矩传感器的一端通过联轴器与角度测量装置连接，所述扭矩传感器的另外一端通过联轴器与负载臂或轴端固定杆连接；该测试***进一步包括有工业控制计算机，插在工业控制计算机PCI插槽中的运动控制卡、数据采集卡和计数卡，以及通过工业控制计算机的串口与工业控制计算机进行信号通讯的温度采集模块；运动控制卡通过一个端子板与伺服驱动器的信号控制端相连进行信号双向通讯，伺服驱动器与伺服电机双向信号连接，以此实现对伺服电机运动的控制，并且记录伺服电机自带编码器的角度信息；数据采集卡的一个通道连接伺服驱动器的扭矩监测端口获得***输入扭矩信号，另一个通道与扭矩传感器的输出端相连以获得被测减速器的输出扭矩信号；计数卡通过线缆连接角度测量装置的信号输出端获得***的角度输出信号。

2.如权利要求1所述的一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：所述伺服电机和被测减速器直接连接并通过第一支架(16)固定在水平导轨上。

3.如权利要求1所述的一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：所述角度测量装置通过第二支架(14)安装在水平导轨上。

4.如权利要求1所述的一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：当通过负载臂加载时，所述扭矩传感器的一端通过联轴器与角度测量装置连接，所述扭矩传感器的另外一端通过联轴器与负载臂连接；所述负载臂安装在第二连接轴(8)上，所述第二连接轴(8)安装在扭矩传感器的输出端，所述扭矩传感器通过第一支座(13)安装在水平导轨上，所述第二连接轴通过第三支架(12)安装在水平导轨上。

5.如权利要求1或4所述的一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：所述负载臂包括负载杆(10)和负载盘(11)，所述负载盘通过螺栓安装在负载杆的螺栓孔内。

6.如权利要求1所述的一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：当进行刚度测试时，所述扭矩传感器的一端通过联轴器与角度测量装置连接，所述扭矩传感器的另外一端通过联轴器和轴端固定杆连接，所述轴端固定杆安装在第二连接轴(8)一端，所述第二连接轴(8)安装在扭矩传感器的输出端，所述扭矩传感器通过第一支座(13)安装在水平导轨上，所述第二连接轴通过第三支架(12)安装在水平导轨上，所述轴端固定杆通过第三支架(12)安装在水平导轨上。

7.如权利要求1所述的一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：所述温度传感器通过温度采集模块与工业控制计算机相连。

8.如权利要求1或7所述的一种机器人关节用减速器综合性能测试***，其特征在于：所述温度传感器为热敏电阻温度传感器。