CN117074015B - 一种谐波减速器负载性能检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于检测装置技术领域，尤其涉及一种谐波减速器负载性能检测装置。本发明提供一种谐波减速器负载性能检测装置的硬件基础。本发明包括电机可调转矩负载部分、谐波减速器输出角度变化采集部分、USB数据输出部分、触摸显示屏部分、控制器部分、电机驱动器部分、电源电路和电机输出角度变化采集部分，其特征在于控制器部分的检测信号输入端口分别与谐波减速器输出角度变化采集部分的检测信号输出端口、电机输出角度变化采集部分的检测信号输出端口相连，控制器部分的控制信号输出端口分别与电机可调转矩负载部分的控制信号输入端口、电机驱动器部分的控制信号输入端口相连。
Description
技术领域
本发明属于检测装置技术领域，尤其涉及一种谐波减速器负载性能检测装置。
背景技术
谐波减速器是一种减速装置，是由固定的内齿刚轮、柔轮和使柔轮发生径向变形的三个基本构件所组成的波发生器。谐波减速器在进行制备完成后，需要进行对所制造的谐波减速器减速性能进行测试，以确保谐波减速器能够进行可靠的应用。本发明设计一种谐波减速器负载性能检测装置，能够对谐波减速器的负载性能进行有效检测，以判断谐波减速器的工作性能。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种谐波减速器负载性能检测装置的硬件基础。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括电机可调转矩负载部分、谐波减速器输出角度变化采集部分、USB数据输出部分、触摸显示屏部分、控制器部分、电机驱动器部分、电源电路和电机输出角度变化采集部分，其特征在于控制器部分的检测信号输入端口分别与谐波减速器输出角度变化采集部分的检测信号输出端口、电机输出角度变化采集部分的检测信号输出端口相连，控制器部分的控制信号输出端口分别与电机可调转矩负载部分的控制信号输入端口、电机驱动器部分的控制信号输入端口相连，控制器部分的信息传输端口分别与USB数据输出部分的信息传输端口、触摸显示屏部分的信息传输端口相连，电源电路的电能输出端口分别与电机可调转矩负载部分的电源端口、谐波减速器输出角度变化采集部分的电源端口、USB数据输出部分的电源端口、触摸显示屏部分的电源端口、控制器部分的电源端口、电机驱动器部分的电源端口、电机输出角度变化采集部分的电源端口相连。
作为一种优选方案，本发明所述电机可调转矩负载部分包括TX4137芯片U11、AD5160BRJZ50-R2芯片U13、ADuM1300ARWZ芯片U14和WRB2403S-1W模块U1，U13的4脚接RCLK4，U13的5、6脚分别与RSDI4、RCS4对应相连，U13的8脚分别与U11的3脚、电阻R52一端相连，R52另一端接G1，U11的6脚通过电感L13接G1，U11的5脚接+24V；
U14的3、4、5、12、13、14脚分别与PD11、PD12、PD13、RCLK4、RSDI4、RCS4对应相连；
U1的1、2、4、6脚分别与+24V、GND2、GND2、VCC_3.3VA对应相连；
接插件CH16的2脚接NMOS管Q9的漏极，Q9的源极分别与GND1、电流传感器U89一端相连，Q9的栅极通过电阻R80接G1，接插件CH16的1脚接U89另一端。
作为另一种优选方案，本发明所述谐波减速器输出角度变化采集部分包括磁环L14，L14一端接A-，L14另一端通过电阻R58接A-1，磁环L16一端接A+，L16另一端通过电阻R66接A+1；
磁环L18一端接B-，L18另一端通过电阻R78接B-1，磁环L20一端接B+，L20另一端通过电阻R83接B+1；
磁环L22一端接Z-，L22另一端通过电阻R78接Z-1，磁环L24一端接Z+，L24另一端通过电阻R83接Z+1；
磁环L15一端接U-，L15另一端通过电阻R59接U-1，磁环L17一端接U+，L17另一端通过电阻R67接U+1；
磁环L19一端接V-，L19另一端通过电阻R59接V-1，磁环L21一端接V+，L21另一端通过电阻R67接V+1；
磁环L23一端接W-，L23另一端通过电阻R91接W-1，磁环L25一端接W+，L25另一端通过电阻R95接W+1；
AM26LS32ACD芯片U15的2、1、6、7、10、9脚分别与A-1、A+1、B-1、B+1、Z-1、Z+1对应相连，U15的3、5、11脚分别与A_1_LVC14、B_1_LVC14、C_1_LVC14对应相连；
AM26LS32ACD芯片U17的2、1、6、7、10、9脚分别与W-1、W+1、V-1、V +1、U-1、U+1对应相连，U17的3、5、11脚分别与W_1_LVC14、V_1_LVC14、U_1_LVC14对应相连；
74HC86芯片U12的1、2、4、5脚分别与B+1、B-1、A+1、A-1对应相连，U12的3脚通过电阻R57接B_TEST_1 ARM，U12的6脚通过电阻R61接A_TEST_1 ARM；U12的12、13脚分别与Z+1、Z-1对应相连，U12的11脚通过电阻R62接Z_TEST_1 ARM；
74HC86芯片U16的1、2、4、5脚分别与V+1、V-1、W+1、W-1对应相连，U16的3脚通过电阻R71接V_TEST_1 ARM，U16的6脚通过电阻R73接W_TEST_1 ARM；U16的12、13脚分别与U+1、U-1对应相连，U16的11脚通过电阻R74接U_TEST_1 ARM。
作为另一种优选方案，本发明所述USB数据输出部分包括CH340C芯片U19，U19的2、3脚分别与PC11、PC10对应相连，U19的5脚通过电阻R100接USB_DP，U19的6脚通过电阻R101接USB_DM。
作为另一种优选方案，本发明所述触摸显示屏部分包括SP3485EN-L/TR芯片U18，U18的1脚接PA10，U18的2、3脚接PA11，U18的4脚接PA9，U18的7脚分别与接插件P9的2脚、磁珠L26一端相连，P9的1脚通过电阻R99分别与U18的6脚、磁珠L27一端相连，L26另一端通过接插件P10的1脚与接插件CH17的1脚相连，CH17的2脚通过P10的2脚与L27另一端相连。
作为另一种优选方案，本发明所述控制器部分包括STM32F103VET6芯片U20，U20的23、24、25、26、29、30脚分别与A_2_LVC14、B_2_LVC14、Z_2_LVC14、W_2_LVC14、V_2_LVC14、U_2_LVC14对应相连，U20的31、32、67～71脚分别与IPM_FAULT、CH1N、ADC12、PA9～PA12对应相连，U20的35～37、91～96、47、48、51～54脚分别与CH2N、CH3N、BOOT1、A_1_LVC14、B_1_LVC14、Z_1_LVC14、W_1_LVC14、V_1_LVC14、U_1_LVC14、U_TEST_2_ARM、Z_TEST_2_ARM、B_TEST_2_ARM、A_TEST_2_ARM、V_TEST_2_ARM对应相连，U20的15～18、33、63～66、78～80、7～9脚分别与W_TEST_2_ARM、A_TEST_1_ARM、ADC3、ADC4、ADC5、CH1、CH2、CH3、PWM1、PC10、PC11、V_TEST_1_ARM、W_TEST_1_ARM、U_TEST_1_ARM、Z_TEST_1_ARM对应相连，U20的81、58～60脚分别与B_TEST_1_ARM、PD11～PD13对应相连。
作为另一种优选方案，本发明所述电机驱动器部分包括接插件CH19, CH19通过空气断路器接升压变压器原边, 升压变压器副边通过共模电感L41与整流桥BD1输入端相连，BD1输出端正极分别与电阻R153一端、Y90-SS-115D继电器K8的3脚相连，K8的1脚分别与二极管D48正极、K1相连，D483阴极分别与+15V、K8的5脚相连，K8的2脚分别与R153另一端、VCCH相连，BD1输出端负极接GNDH；
NPN三极管Q10集电极接K1，Q10基极分别与电阻R147一端、电阻R148一端相连，R147另一端接PA12，R148另一端分别与GND、Q10发射极相连；
HBV-A3.3芯片TE1的6脚接ADC12；
SN74HC541DW芯片U34的4～9脚分别与CH1N、CH2N、CH3N、CH1、CH2、CH3对应相连，U34的11脚通过电阻R176分别与TLP250H芯片OP3的2脚、TLP250H芯片OP4的3脚相连，U34的12脚通过电阻R175分别与TLP250H芯片OP5的2脚、TLP250H芯片OP6的3脚相连，U34的13脚通过电阻R174分别与TLP250H芯片OP7的2脚、TLP250H芯片OP8的3脚相连，U34的14脚通过电阻R171分别与TLP250H芯片OP3的3脚、TLP250H芯片OP4的2脚相连，U34的15脚通过电阻R170分别与TLP250H芯片OP5的3脚、TLP250H芯片OP6的2脚相连，U34的16脚通过电阻R167分别与TLP250H芯片OP7的3脚、TLP250H芯片OP8的2脚相连；
OP3～OP8的6、7脚分别与WH、WL、VH、VL、UH、UL对应相连；
FSBB30CH60F芯片U32的3～6、8、9、13、17脚分别与UL、VL、WL、VFO、CSC、UH、VH、WH对应相连，U32的21、22、23脚通过电阻R136接CSC；
TLP521芯片U35输出端发射极接IPM_FAULT，U35输入端阴极接VFO。
其次，本发明所述电源电路包括GBJ207模块U24, U24的2脚依次通过共模电感T3第一线圈、热敏电阻R105接L，U24的3脚依次通过T3第二线圈、保险丝F6接N，U24的1脚通过变压器原边T1-1接TOP256PN芯片U25的D端口，U25的C端口接FB，U25的V端口分别与U24的4脚、GNDH相连；
变压器副边T1-8一端依次通过二极管D58、电感L49接+24V，T1-8另一端接GND2；
变压器副边T1-7一端依次通过二极管D37、电感L30接K7815模块U21的1脚，U21的3脚接+15V1，T1-7另一端接GND_1；
变压器副边T1-6一端依次通过二极管D38、电感L31接K7815模块U22的1脚，U22的3脚接+15V2，T1-6另一端接GND_2；
变压器副边T1-5一端依次通过二极管D39、电感L32接K7815模块U23的1脚，U23的3脚接+15V3，T1-5另一端接GND_3；
变压器副边T1-4一端依次通过二极管D41、电感L33接K7815模块U26的1脚，U26的3脚接+15V，T1-4另一端接GND；
变压器副边T1-3一端依次通过二极管D42、电感L34接+5V，T1-3另一端通过电容C77接+5V；
变压器副边T1-2一端通过二极管D43接TLP521芯片U28输出端集电极，U28输出端发射极接FB，T1-2另一端接GNDH；U28输入端阳极依次通过电阻R115、R113接+5V，U28输入端阴极与KA431AZTF芯片的3脚相连, KA431AZTF芯片的2脚分别与GND、电阻R118一端相连，R118另一端分别与KA431AZTF芯片的1脚、电阻R114一端相连，R114另一端接+5V。
另外，本发明所述电机输出角度变化采集部分包括磁环L35，L35一端接A-，L14另一端通过电阻R123接A-2，磁环L37一端接A+，L37另一端通过电阻R133接A+2；
磁环L39一端接B-，L39另一端通过电阻R151接B-2，磁环L42一端接B+，L42另一端通过电阻R162接B+2；
磁环L45一端接Z-，L45另一端通过电阻R172接Z-2，磁环L47一端接Z+，L24另一端通过电阻R185接Z+2；
磁环L36一端接U-，L36另一端通过电阻R124接U-2，磁环L38一端接U+，L38另一端通过电阻R134接U+2；
磁环L40一端接V-，L40另一端通过电阻R152接V-2，磁环L43一端接V+，L43另一端通过电阻R163接V+2；
磁环L46一端接W-，L46另一端通过电阻R173接W-2，磁环L48一端接W+，L48另一端通过电阻R186接W+2；
AM26LS32ACD芯片U30的2、1、6、7、10、9脚分别与A-2、A+2、B-2、B+2、Z-2、Z+2对应相连，U30的3、5、11脚分别与A_2_LVC14、B_2_LVC14、Z_2_LVC14对应相连；
AM26LS32ACD芯片U33的2、1、6、7、10、9脚分别与W-2、W+2、V-2、V +2、U-2、U+2对应相连，U33的3、5、11脚分别与W_2_LVC14、V_2_LVC14、U_2_LVC14对应相连；
74HC86芯片U29的1、2、4、5脚分别与B+2、B-2、A+2、A-2对应相连，U29的3脚通过电阻R122接B_TEST_2 ARM，U29的6脚通过电阻R126接A_TEST_2 ARM；U29的12、13脚分别与Z+2、Z-2对应相连，U29的11脚通过电阻R127接Z_TEST_2 ARM；
74HC86芯片U31的1、2、4、5脚分别与V+2、V-2、W+2、W-2对应相连，U31的3脚通过电阻R141接V_TEST_2 ARM，U31的6脚通过电阻R144接W_TEST_2 ARM；U31的12、13脚分别与U+2、U-2对应相连，U31的11脚通过电阻R145接U_TEST_2 ARM。
本发明有益效果。
本发明控制器部分通过电机驱动器部分控制三相伺服电机工作，三相伺服电机的输出轴与谐波减速器的输入端相连，谐波减速器的输出端与直流发电机的驱动输入端相连，直流发电机的发电输出端与CH16相连，通过CH16接入可调节负载。控制器部分通过电机可调转矩负载部分控制接入负载的大小，进而控制三相伺服电机转矩负荷的变化。
为了测量谐波减速器在带不同负载情况下的特性，本发明设计了电机可调转矩负载部分，用于调节负载大小。谐波减速器的输出齿轮连接直流发电机的转子轴，直流发电机的二个电极，连接可变阻值电路（即CH16连接的电路），当阻值发生变化，直流发电机转动所需的力就会发生变化，从而谐波减速器所带负载发生变化。直流发电机输出端二个电极（即CH16的1、2脚）开路，负载最轻，短路负载最重。
控制器部分通过电机驱动器部分控制三相伺服电机旋转，三相伺服电机输出角度变化采集部分采集电机旋转角度和圈数，谐波减速器输出角度变化采集部分采集谐波减速器输出轴的旋转角度和圈数，谐波减速器的减速比是已知的。未接入负载时，开始旋转的瞬间，谐波减速器有一个很快的响应，即电机旋转，谐波减速器立即跟着转，完成减速输出过程。当Q9导通角度较大时，负载很大时，电机同样旋转时，谐波减速器会有延迟，再完成减速输出。通过检测谐波减速器对应不同负载情况的延时时间，获得谐波减速器带载性能参数。相同带载情况，延时越短，说明谐波减速器的响应更快，工作效率更高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明电机可调转矩负载部分电路原理图。
图2、3是本发明谐波减速器输出角度变化采集部分电路原理图。
图4是本发明USB数据输出部分电路原理图。
图5是本发明触摸显示屏部分电路原理图。
图6是本发明控制器部分电路原理图。
图7、8是本发明电机驱动器部分电路原理图。
图9是本发明电源电路原理图。
图10、11是本发明电机输出角度变化采集部分电路原理图。
具体实施方式
本发明包括电机可调转矩负载部分、谐波减速器输出角度变化采集部分、USB数据输出部分、触摸显示屏部分、控制器部分、电机驱动器部分、电源电路和电机输出角度变化采集部分，控制器部分的检测信号输入端口分别与谐波减速器输出角度变化采集部分的检测信号输出端口、电机输出角度变化采集部分的检测信号输出端口相连，控制器部分的控制信号输出端口分别与电机可调转矩负载部分的控制信号输入端口、电机驱动器部分的控制信号输入端口相连，控制器部分的信息传输端口分别与USB数据输出部分的信息传输端口、触摸显示屏部分的信息传输端口相连，电源电路的电能输出端口分别与电机可调转矩负载部分的电源端口、谐波减速器输出角度变化采集部分的电源端口、USB数据输出部分的电源端口、触摸显示屏部分的电源端口、控制器部分的电源端口、电机驱动器部分的电源端口、电机输出角度变化采集部分的电源端口相连。
如图1所示，所述电机可调转矩负载部分包括TX4137芯片U11、AD5160BRJZ50-R2芯片U13、ADuM1300ARWZ芯片U14和WRB2403S-1W模块U1，U13的4脚接RCLK4，U13的5、6脚分别与RSDI4、RCS4对应相连，U13的8脚分别与U11的3脚、电阻R52一端相连，R52另一端接G1，U11的6脚通过电感L13接G1，U11的5脚接+24V；
U11的6脚为输出，U11的3脚为检测输出反馈检查，用于检测输出电压过高过低进行调整恒定电压。
U14的3、4、5、12、13、14脚分别与PD11、PD12、PD13、RCLK4、RSDI4、RCS4对应相连；
U1的1、2、4、6脚分别与+24V、GND2、GND2、VCC_3.3VA对应相连；
接插件CH16的2脚接NMOS管Q9的漏极，Q9的源极分别与GND1、电流传感器U89一端相连，Q9的栅极通过电阻R80接G1，接插件CH16的1脚接U89另一端。
电机可调转矩负载部分用于调整电机负载，U11及***电路为电源电路，U11将5脚输入的24V转换为6脚输出的可调电压G1，通过U11的3脚调试G1至GND2的电压值。
U13通过RSDI4、RCS4、RCLK4接收U14的控制信号，U14通过PD11、PD12、PD13接收U20的控制信号，U13的8脚输出可变电阻值信号，改变U13的8脚到U13的1脚之间的电阻值。
控制U11的3脚的电压值，进而控制U11的6脚输出的电压值，控制Q9的导通状态，通过CH16将负载接到电机上，电机接入可变化负载，负载的阻值受Q9的导通情况控制。
PD11、PD12、PD13、RSDI4、RCS4、RCLK4分别传输时钟信号、片选信号、数据信号。U13和U14对信号进行隔离。
电流互感器U89的OUT端口接M1。U89用于测量直流发电机输出端电流，发给控制器部分，控制器部分根据电流检测值控制Q9，获得所需的负载大小。
U20通过U14、U13、U11控制G1端口，进而控制Q9的导通程度，控制直流发电机所接负载的大小。U14、U13、U11相当于将U20发出的数字信号转换为可用于控制Q9的模拟信号。
M1接到U20的34脚。
U14起到隔离作用，U20输出的控制信号通过U14发送给U13，提供***的安全性。
如图2、3所示，所述谐波减速器输出角度变化采集部分包括磁环L14，L14一端接A-，L14另一端通过电阻R58接A-1，磁环L16一端接A+，L16另一端通过电阻R66接A+1；
磁环L18一端接B-，L18另一端通过电阻R78接B-1，磁环L20一端接B+，L20另一端通过电阻R83接B+1；
磁环L22一端接Z-，L22另一端通过电阻R78接Z-1，磁环L24一端接Z+，L24另一端通过电阻R83接Z+1；
磁环L15一端接U-，L15另一端通过电阻R59接U-1，磁环L17一端接U+，L17另一端通过电阻R67接U+1；
磁环L19一端接V-，L19另一端通过电阻R59接V-1，磁环L21一端接V+，L21另一端通过电阻R67接V+1；
磁环L23一端接W-，L23另一端通过电阻R91接W-1，磁环L25一端接W+，L25另一端通过电阻R95接W+1；
AM26LS32ACD芯片U15的2、1、6、7、10、9脚分别与A-1、A+1、B-1、B+1、Z-1、Z+1对应相连，U15的3、5、11脚分别与A_1_LVC14、B_1_LVC14、C_1_LVC14对应相连；
AM26LS32ACD芯片U17的2、1、6、7、10、9脚分别与W-1、W+1、V-1、V +1、U-1、U+1对应相连，U17的3、5、11脚分别与W_1_LVC14、V_1_LVC14、U_1_LVC14对应相连；
74HC86芯片U12的1、2、4、5脚分别与B+1、B-1、A+1、A-1对应相连，U12的3脚通过电阻R57接B_TEST_1 ARM，U12的6脚通过电阻R61接A_TEST_1 ARM；U12的12、13脚分别与Z+1、Z-1对应相连，U12的11脚通过电阻R62接Z_TEST_1 ARM；
B_TEST_1 ARM、A_TEST_1 ARM、Z_TEST_1 ARM用于检测该相编码器是否损坏。
74HC86芯片U16的1、2、4、5脚分别与V+1、V-1、W+1、W-1对应相连，U16的3脚通过电阻R71接V_TEST_1 ARM，U16的6脚通过电阻R73接W_TEST_1 ARM；U16的12、13脚分别与U+1、U-1对应相连，U16的11脚通过电阻R74接U_TEST_1 ARM。
V_TEST_1 ARM、W_TEST_1 ARM、U_TEST_1 ARM用于检测该相编码器是否损坏。
DSub1为与谐波减速器连接的编码器接口，包括两个旋转编码器，第一个旋转编码器对应A、B、Z端口，第二个旋转编码器对应U、V、W端口。采用两组旋转编码器进行差分信号检测，提高测量精度。
旋转编码器用于测量谐波减速器输出轴角度变化值，而且通过旋转编码器测量角度，测量精度高。
A先变为高电平，然后B再变为高电平，表示正转。B先变为高电平，然后A再变为高电平，表示反转。Z用于检测圈数，转一圈Z有一个高电平。
U17和U15将差分输入转换成单端输出，差分检测精确高，抗干扰能力强。U17和U15将差分信号转换为处理器U20所需的单端信号。
U12和U16为二输入端四异或门芯片，1A、1B相同都是高电平或者都是低电平1Y输出0；其他输出1；检测编码器故障，例如短路。
所述USB数据输出部分包括CH340C芯片U19，U19的2、3脚分别与PC11、PC10对应相连，U19的5脚通过电阻R100接USB_DP，U19的6脚通过电阻R101接USB_DM。
USB数据输出部分可用于打印相关检测数据。
所述触摸显示屏部分包括SP3485EN-L/TR芯片U18，U18的1脚接PA10，U18的2、3脚接PA11，U18的4脚接PA9，U18的7脚分别与接插件P9的2脚、磁珠L26一端相连，P9的1脚通过电阻R99分别与U18的6脚、磁珠L27一端相连，L26另一端通过接插件P10 的1脚与接插件CH17的1脚相连，CH17的2脚通过P10的2脚与L27另一端相连。P9可选择的加入RS485抗干扰电阻，P10为调试插座。CH18用于屏幕供电。
可通过触摸显示屏部分发送控制指令给控制器部分，控制电机接入负载的大小。
触摸显示屏用于显示伺服电机变化角度值和谐波减速器输出齿轮角度变化值进行比较。可通过触摸显示屏设置伺服电机转速，设置直流发电机输出二电极负载的大小。
所述控制器部分包括STM32F103VET6芯片U20，U20的23、24、25、26、29、30脚分别与A_2_LVC14、B_2_LVC14、Z_2_LVC14、W_2_LVC14、V_2_LVC14、U_2_LVC14对应相连，U20的31、32、67～71脚分别与IPM_FAULT、CH1N、ADC12、PA9～PA12对应相连，U20的35～37、91～96、47、48、51～54脚分别与CH2N、CH3N、BOOT1、A_1_LVC14、B_1_LVC14、Z_1_LVC14、W_1_LVC14、V_1_LVC14、U_1_LVC14、U_TEST_2_ARM、Z_TEST_2_ARM、B_TEST_2_ARM、A_TEST_2_ARM、V_TEST_2_ARM对应相连，U20的15～18、33、63～66、78～80、7～9脚分别与W_TEST_2_ARM、A_TEST_1_ARM、ADC3、ADC4、ADC5、CH1、CH2、CH3、PWM1、PC10、PC11、V_TEST_1_ARM、W_TEST_1_ARM、U_TEST_1_ARM、Z_TEST_1_ARM对应相连，U20的81、58～60脚分别与B_TEST_1_ARM、PD11～PD13对应相连。
所述电机驱动器部分包括接插件CH19, CH19通过空气断路器接升压变压器原边,升压变压器副边通过共模电感L41与整流桥BD1输入端相连，BD1输出端正极分别与电阻R153一端、Y90-SS-115D继电器K8的3脚相连，K8的1脚分别与二极管D48正极、K1相连，D483阴极分别与+15V、K8的5脚相连，K8的2脚分别与R153另一端、VCCH相连，BD1输出端负极接GNDH；
NPN三极管Q10集电极接K1，Q10基极分别与电阻R147一端、电阻R148一端相连，R147另一端接PA12，R148另一端分别与GND、Q10发射极相连；
HBV-A3.3芯片TE1的6脚接ADC12；
SN74HC541DW芯片U34的4～9脚分别与CH1N、CH2N、CH3N、CH1、CH2、CH3对应相连，U34的11脚通过电阻R176分别与TLP250H芯片OP3的2脚、TLP250H芯片OP4的3脚相连，U34的12脚通过电阻R175分别与TLP250H芯片OP5的2脚、TLP250H芯片OP6的3脚相连，U34的13脚通过电阻R174分别与TLP250H芯片OP7的2脚、TLP250H芯片OP8的3脚相连，U34的14脚通过电阻R171分别与TLP250H芯片OP3的3脚、TLP250H芯片OP4的2脚相连，U34的15脚通过电阻R170分别与TLP250H芯片OP5的3脚、TLP250H芯片OP6的2脚相连，U34的16脚通过电阻R167分别与TLP250H芯片OP7的3脚、TLP250H芯片OP8的2脚相连；
OP3～OP8的6、7脚分别与WH、WL、VH、VL、UH、UL对应相连；
FSBB30CH60F芯片U32的3～6、8、9、13、17脚分别与UL、VL、WL、VFO、CSC、UH、VH、WH对应相连，U32的21、22、23脚通过电阻R136接CSC；U32的24、25、26脚分别与电流互感器U71、电流互感器U72、电流互感器U73对应相连；
TLP521芯片U35输出端发射极接IPM_FAULT，U35输入端阴极接VFO。
TLP250H芯片用于光电隔离和驱动。
升压变压器将输入的220伏进行升压处理，升压到380V的电压，再通过BD1转化为电机所需的高压直流电。再通过U32转换成三相伺服电机所需的三相电U、V、W。
在初次上电的时，K8不吸合，通过R153给电容C112、C113、C114充电。因为电容充电的瞬间阻抗小，会造成浪涌，通过R153限流防浪涌。VCCH达到600V时，进行吸合K8，此时电容充电完成，退出防浪涌保护状态即可正常工作。
TE1为电压传感器，用于采集BD1输出的高压，并将采集值发给U20，
当高压值达到设定值（可设定为500V）时，U20通过PA12控制Q10进而控制
控制K8，短接R153。
U20输出的控制信号通过U34进行整形，让驱动波形更加陡峭。因为线路中寄生电容和线路长短的原因，使驱动信号为梯形波，通过该电路变成矩形波。减少U32从关断到导通的时间，减少过渡过程时间，减少发热，增强控制信号。
CH1N、CH2N、CH3N、CH1、CH2、CH3为三相桥驱动信号，三相桥六只管子，6组驱动信号，分别对应6只三相桥的管子。
OP3～OP8对U34输出的控制信号进行功率增强和隔离后，将控制信号发送给U32，U32为 IPM集成三相H桥，将直流电转换为三相交流电驱动三相交流电机，
U71、U72、U73为电流互感器，用于采集U、V、W三相电输出的电流，当电流过大时，通过U32内部监测或U71-U73采集电流过大后，通过U20停止输出CH1N、CH2N、CH3N、CH1、CH2、CH3信号，保护电机和U32。当三相不平衡（即三相伺服电机只接了两相电，第三相未接），U71、U72、U73检测电流会不同，通过U20停止输出CH1N、CH2N、CH3N、CH1、CH2、CH3信号，保护电机。
当U32内检测过流或短路时，VFO接GND，U35导通,U20的31脚变为高，停止输出CH1N、CH2N、CH3N、CH1、CH2、CH3信号。
所述电源电路包括GBJ207模块U24, U24的2脚依次通过共模电感T3第一线圈、热敏电阻R105接L，U24的3脚依次通过T3第二线圈、保险丝F6接N，U24的1脚通过变压器原边T1-1接TOP256PN芯片U25的D端口，U25的C端口接FB，U25的V端口分别与U24的4脚、GNDH相连；
变压器副边T1-8一端依次通过二极管D58、电感L49接+24V，T1-8另一端接GND2；
变压器副边T1-7一端依次通过二极管D37、电感L30接K7815模块U21的1脚，U21的3脚接+15V1，T1-7另一端接GND_1；
变压器副边T1-6一端依次通过二极管D38、电感L31接K7815模块U22的1脚，U22的3脚接+15V2，T1-6另一端接GND_2；
变压器副边T1-5一端依次通过二极管D39、电感L32接K7815模块U23的1脚，U23的3脚接+15V3，T1-5另一端接GND_3；
变压器副边T1-4一端依次通过二极管D41、电感L33接K7815模块U26的1脚，U26的3脚接+15V，T1-4另一端接GND；
变压器副边T1-3一端依次通过二极管D42、电感L34接+5V，T1-3另一端通过电容C77接+5V；
变压器副边T1-2一端通过二极管D43接TLP521芯片U28输出端集电极，U28输出端发射极接FB，T1-2另一端接GNDH；U28输入端阳极依次通过电阻R115、R113接+5V， U28输入端阴极与KA431AZTF芯片的3脚相连, KA431AZTF芯片的2脚分别与GND、电阻R118一端相连，R118另一端分别与KA431AZTF芯片的1脚、电阻R114一端相连，R114另一端接+5V。
KA431AZTF芯片提供2.5V基准源。
U24为整流桥模块，U24将L、N输入的市电转换为直流电，U25为电源芯片，U25将U24输出的直流电通过变压器转换为***所需的各伏值电源。
所述电机输出角度变化采集部分包括磁环L35，L35一端接A-，L14另一端通过电阻R123接A-2，磁环L37一端接A+，L37另一端通过电阻R133接A+2；
磁环L39一端接B-，L39另一端通过电阻R151接B-2，磁环L42一端接B+，L42另一端通过电阻R162接B+2；
磁环L45一端接Z-，L45另一端通过电阻R172接Z-2，磁环L47一端接Z+，L24另一端通过电阻R185接Z+2；
磁环L36一端接U-，L36另一端通过电阻R124接U-2，磁环L38一端接U+，L38另一端通过电阻R134接U+2；
磁环L40一端接V-，L40另一端通过电阻R152接V-2，磁环L43一端接V+，L43另一端通过电阻R163接V+2；
磁环L46一端接W-，L46另一端通过电阻R173接W-2，磁环L48一端接W+，L48另一端通过电阻R186接W+2；
AM26LS32ACD芯片U30的2、1、6、7、10、9脚分别与A-2、A+2、B-2、B+2、Z-2、Z+2对应相连，U30的3、5、11脚分别与A_2_LVC14、B_2_LVC14、Z_2_LVC14对应相连；
AM26LS32ACD芯片U33的2、1、6、7、10、9脚分别与W-2、W+2、V-2、V +2、U-2、U+2对应相连，U33的3、5、11脚分别与W_2_LVC14、V_2_LVC14、U_2_LVC14对应相连；
74HC86芯片U29的1、2、4、5脚分别与B+2、B-2、A+2、A-2对应相连，U29的3脚通过电阻R122接B_TEST_2 ARM， U29的6脚通过电阻R126接A_TEST_2 ARM；U29的12、13脚分别与Z+2、Z-2对应相连，U29的11脚通过电阻R127接Z_TEST_2 ARM；74HC86芯片U31的1、2、4、5脚分别与V+2、V-2、W+2、W-2对应相连，U31的3脚通过电阻R141接V_TEST_2 ARM；U31的6脚通过电阻R144接W_TEST_2 ARM；U31的12、13脚分别与U+2、U-2对应相连，U31的11脚通过电阻R145接U_TEST_2 ARM。
电机输出角度变化采集部分的工作过程与谐波减速器输出角度变化采集部分的工作过程相同，只是采集对象不同。U+、U-、V+、V-、W+、W-：这些线束用于连接编码器与伺服驱动器的同步信号。在伺服***中，使用多个编码器来提供更高的精度和稳定性。U、V、W代表不同的编码器，+和-代表正负极性。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种谐波减速器负载性能检测装置，包括电机可调转矩负载部分、谐波减速器输出角度变化采集部分、USB数据输出部分、触摸显示屏部分、控制器部分、电机驱动器部分、电源电路和电机输出角度变化采集部分，其特征在于控制器部分的检测信号输入端口分别与谐波减速器输出角度变化采集部分的检测信号输出端口、电机输出角度变化采集部分的检测信号输出端口相连，控制器部分的控制信号输出端口分别与电机可调转矩负载部分的控制信号输入端口、电机驱动器部分的控制信号输入端口相连，控制器部分的信息传输端口分别与USB数据输出部分的信息传输端口、触摸显示屏部分的信息传输端口相连，电源电路的电能输出端口分别与电机可调转矩负载部分的电源端口、谐波减速器输出角度变化采集部分的电源端口、USB数据输出部分的电源端口、触摸显示屏部分的电源端口、控制器部分的电源端口、电机驱动器部分的电源端口、电机输出角度变化采集部分的电源端口相连；
所述电机可调转矩负载部分包括TX4137芯片U11、AD5160BRJZ50-R2芯片U13、ADuM1300ARWZ芯片U14和WRB2403S-1W模块U1，U13的4脚接RCLK4，U13的5、6脚分别与RSDI4、RCS4对应相连，U13的8脚分别与U11的3脚、电阻R52一端相连，R52另一端接G1，U11的6脚通过电感L13接G1，U11的5脚接+24V；
U14的3、4、5、12、13、14脚分别与PD11、PD12、PD13、RCLK4、RSDI4、RCS4对应相连；
U1的1、2、4、6脚分别与+24V、GND2、GND2、VCC_3.3VA对应相连；
接插件CH16的2脚接NMOS管Q9的漏极，Q9的源极分别与GND1、电流传感器U89一端相连，Q9的栅极通过电阻R80接G1，接插件CH16的1脚接U89另一端。
2.根据权利要求1所述一种谐波减速器负载性能检测装置，其特征在于所述谐波减速器输出角度变化采集部分包括磁环L14，L14一端接A-，L14另一端通过电阻R58接A-1，磁环L16一端接A+，L16另一端通过电阻R66接A+1；
磁环L18一端接B-，L18另一端通过电阻R78接B-1，磁环L20一端接B+，L20另一端通过电阻R83接B+1；
磁环L22一端接Z-，L22另一端通过电阻R78接Z-1，磁环L24一端接Z+，L24另一端通过电阻R83接Z+1；
磁环L15一端接U-，L15另一端通过电阻R59接U-1，磁环L17一端接U+，L17另一端通过电阻R67接U+1；
磁环L19一端接V-，L19另一端通过电阻R59接V-1，磁环L21一端接V+，L21另一端通过电阻R67接V+1；
磁环L23一端接W-，L23另一端通过电阻R91接W-1，磁环L25一端接W+，L25另一端通过电阻R95接W+1；
AM26LS32ACD芯片U15的2、1、6、7、10、9脚分别与A-1、A+1、B-1、B+1、Z-1、Z+1对应相连，U15的3、5、11脚分别与A_1_LVC14、B_1_LVC14、C_1_LVC14对应相连；
AM26LS32ACD芯片U17的2、1、6、7、10、9脚分别与W-1、W+1、V-1、V +1、U-1、U+1对应相连，U17的3、5、11脚分别与W_1_LVC14、V_1_LVC14、U_1_LVC14对应相连；
74HC86芯片U12的1、2、4、5脚分别与B+1、B-1、A+1、A-1对应相连，U12的3脚通过电阻R57接B_TEST_1 ARM，U12的6脚通过电阻R61接A_TEST_1 ARM；U12的12、13脚分别与Z+1、Z-1对应相连，U12的11脚通过电阻R62接Z_TEST_1 ARM；
74HC86芯片U16的1、2、4、5脚分别与V+1、V-1、W+1、W-1对应相连，U16的3脚通过电阻R71接V_TEST_1 ARM，U16的6脚通过电阻R73接W_TEST_1 ARM；U16的12、13脚分别与U+1、U-1对应相连，U16的11脚通过电阻R74接U_TEST_1 ARM。
3.根据权利要求1所述一种谐波减速器负载性能检测装置，其特征在于所述USB数据输出部分包括CH340C芯片U19，U19的2、3脚分别与PC11、PC10对应相连，U19的5脚通过电阻R100接USB_DP，U19的6脚通过电阻R101接USB_DM。
4.根据权利要求1所述一种谐波减速器负载性能检测装置，其特征在于所述触摸显示屏部分包括SP3485EN-L/TR芯片U18，U18的1脚接PA10，U18的2、3脚接PA11，U18的4脚接PA9，U18的7脚分别与接插件P9的2脚、磁珠L26一端相连，P9的1脚通过电阻R99分别与U18的6脚、磁珠L27一端相连，L26另一端通过接插件P10的1脚与接插件CH17的1脚相连，CH17的2脚通过P10的2脚与L27另一端相连。
5.根据权利要求1所述一种谐波减速器负载性能检测装置，其特征在于所述控制器部分包括STM32F103VET6芯片U20，U20的23、24、25、26、29、30脚分别与A_2_LVC14、B_2_LVC14、Z_2_LVC14、W_2_LVC14、V_2_LVC14、U_2_LVC14对应相连，U20的31、32、67～71脚分别与IPM_FAULT、CH1N、ADC12、PA9～PA12对应相连，U20的35～37、91～96、47、48、51～54脚分别与CH2N、CH3N、BOOT1、A_1_LVC14、B_1_LVC14、Z_1_LVC14、W_1_LVC14、V_1_LVC14、U_1_LVC14、U_TEST_2_ARM、Z_TEST_2_ARM、B_TEST_2_ARM、A_TEST_2_ARM、V_TEST_2_ARM对应相连，U20的15～18、33、63～66、78～80、7～9脚分别与W_TEST_2_ARM、A_TEST_1_ARM、ADC3、ADC4、ADC5、CH1、CH2、CH3、PWM1、PC10、PC11、V_TEST_1_ARM、W_TEST_1_ARM、U_TEST_1_ARM、Z_TEST_1_ARM对应相连，U20的81、58～60脚分别与B_TEST_1_ARM、PD11～PD13对应相连。
6.根据权利要求1所述一种谐波减速器负载性能检测装置，其特征在于所述电机驱动器部分包括接插件CH19, CH19通过空气断路器接升压变压器原边, 升压变压器副边通过共模电感L41与整流桥BD1输入端相连，BD1输出端正极分别与电阻R153一端、Y90-SS-115D继电器K8的3脚相连，K8的1脚分别与二极管D48正极、K1相连，D483阴极分别与+15V、K8的5脚相连，K8的2脚分别与R153另一端、VCCH相连，BD1输出端负极接GNDH；
NPN三极管Q10集电极接K1，Q10基极分别与电阻R147一端、电阻R148一端相连，R147另一端接PA12，R148另一端分别与GND、Q10发射极相连；
HBV-A3.3芯片TE1的6脚接ADC12；
SN74HC541DW芯片U34的4～9脚分别与CH1N、CH2N、CH3N、CH1、CH2、CH3对应相连，U34的11脚通过电阻R176分别与TLP250H芯片OP3的2脚、TLP250H芯片OP4的3脚相连，U34的12脚通过电阻R175分别与TLP250H芯片OP5的2脚、TLP250H芯片OP6的3脚相连，U34的13脚通过电阻R174分别与TLP250H芯片OP7的2脚、TLP250H芯片OP8的3脚相连，U34的14脚通过电阻R171分别与TLP250H芯片OP3的3脚、TLP250H芯片OP4的2脚相连，U34的15脚通过电阻R170分别与TLP250H芯片OP5的3脚、TLP250H芯片OP6的2脚相连，U34的16脚通过电阻R167分别与TLP250H芯片OP7的3脚、TLP250H芯片OP8的2脚相连；
OP3～OP8的6、7脚分别与WH、WL、VH、VL、UH、UL对应相连；
FSBB30CH60F芯片U32的3～6、8、9、13、17脚分别与UL、VL、WL、VFO、CSC、UH、VH、WH对应相连，U32的21、22、23脚通过电阻R136接CSC；
TLP521芯片U35输出端发射极接IPM_FAULT，U35输入端阴极接VFO。
7.根据权利要求1所述一种谐波减速器负载性能检测装置，其特征在于所述电源电路包括GBJ207模块U24, U24的2脚依次通过共模电感T3第一线圈、热敏电阻R105接L，U24的3脚依次通过T3第二线圈、保险丝F6接N，U24的1脚通过变压器原边T1-1接TOP256PN芯片U25的D端口，U25的C端口接FB，U25的V端口分别与U24的4脚、GNDH相连；
变压器副边T1-8一端依次通过二极管D58、电感L49接+24V，T1-8另一端接GND2；
变压器副边T1-7一端依次通过二极管D37、电感L30接K7815模块U21的1脚，U21的3脚接+15V1，T1-7另一端接GND_1；
变压器副边T1-6一端依次通过二极管D38、电感L31接K7815模块U22的1脚，U22的3脚接+15V2，T1-6另一端接GND_2；
变压器副边T1-5一端依次通过二极管D39、电感L32接K7815模块U23的1脚，U23的3脚接+15V3，T1-5另一端接GND_3；
变压器副边T1-4一端依次通过二极管D41、电感L33接K7815模块U26的1脚，U26的3脚接+15V，T1-4另一端接GND；
变压器副边T1-3一端依次通过二极管D42、电感L34接+5V，T1-3另一端通过电容C77接+5V；
变压器副边T1-2一端通过二极管D43接TLP521芯片U28输出端集电极，U28输出端发射极接FB，T1-2另一端接GNDH；U28输入端阳极依次通过电阻R115、R113接+5V，U28输入端阴极与KA431AZTF芯片的3脚相连, KA431AZTF芯片的2脚分别与GND、电阻R118一端相连，R118另一端分别与KA431AZTF芯片的1脚、电阻R114一端相连，R114另一端接+5V。
8.根据权利要求1所述一种谐波减速器负载性能检测装置，其特征在于所述电机输出角度变化采集部分包括磁环L35，L35一端接A-，L14另一端通过电阻R123接A-2，磁环L37一端接A+，L37另一端通过电阻R133接A+2；
磁环L39一端接B-，L39另一端通过电阻R151接B-2，磁环L42一端接B+，L42另一端通过电阻R162接B+2；
磁环L45一端接Z-，L45另一端通过电阻R172接Z-2，磁环L47一端接Z+，L24另一端通过电阻R185接Z+2；
磁环L36一端接U-，L36另一端通过电阻R124接U-2，磁环L38一端接U+，L38另一端通过电阻R134接U+2；
磁环L40一端接V-，L40另一端通过电阻R152接V-2，磁环L43一端接V+，L43另一端通过电阻R163接V+2；
磁环L46一端接W-，L46另一端通过电阻R173接W-2，磁环L48一端接W+，L48另一端通过电阻R186接W+2；
AM26LS32ACD芯片U30的2、1、6、7、10、9脚分别与A-2、A+2、B-2、B+2、Z-2、Z+2对应相连，U30的3、5、11脚分别与A_2_LVC14、B_2_LVC14、Z_2_LVC14对应相连；
AM26LS32ACD芯片U33的2、1、6、7、10、9脚分别与W-2、W+2、V-2、V +2、U-2、U+2对应相连，U33的3、5、11脚分别与W_2_LVC14、V_2_LVC14、U_2_LVC14对应相连；
74HC86芯片U29的1、2、4、5脚分别与B+2、B-2、A+2、A-2对应相连，U29的3脚通过电阻R122接B_TEST_2 ARM，U29的6脚通过电阻R126接A_TEST_2 ARM；U29的12、13脚分别与Z+2、Z-2对应相连，U29的11脚通过电阻R127接Z_TEST_2 ARM；
74HC86芯片U31的1、2、4、5脚分别与V+2、V-2、W+2、W-2对应相连，U31的3脚通过电阻R141接V_TEST_2 ARM，U31的6脚通过电阻R144接W_TEST_2 ARM；U31的12、13脚分别与U+2、U-2对应相连，U31的11脚通过电阻R145接U_TEST_2 ARM。
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