CN104075890A - 一种伺服电机及谐波减速机综合测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种伺服电机及谐波减速机综合测试平台，包括机架、设于机架上的隔振平台、以及配合安装在隔振平台上的直线导轨和磁粉制动器，所述直线导轨上装设有大量程转矩转速传感器、第一角度编码器、谐波减速机、第二角度编码器、小量程转矩转速传感器、以及伺服电机。本发明结构简单合理、加载力矩不易波动、检测数据准确度高、系统误差小、装配与调整方便。

Description

一种伺服电机及谐波减速机综合测试平台

技术领域

本发明涉及机械检测设备技术领域，特别涉及一种伺服电机及谐波减速机综合测试平台，用以解决谐波减速机以及伺服电机的综合测试问题。

背景技术

随着社会的不断进步，工业发展越来越依赖高精度的控制技术，在关节机器人领域，谐波减速机和伺服电机作为关键的动力源和传动元件，其性能的优劣直接影响到关节机器人的可靠性。由于谐波减速机和伺服电机都属于高精密元件，故需要高精度的检测手段对其进行综合性的测试。

谐波减速机主要的性能参数包括传动效率、无负载启动转矩、刚度、背隙、空程、角度传达精度以及过渡过程等，现有的谐波减速器测试系统已有能力对各项性能进行检测，但是实际装配时误差较大，在调整测试项目和测试目标时也比较费力，难以保证测试精度，而且因现有检测设备在测量角位移时引入了传动轴的形变误差，导致系统误差远大于真实测量值，精确度上无法满足测试需求；关于伺服电机的性能测试，传统的检测装置同样受人为因素影响很大，尤其是在安装时同轴度方面难以进行调整，导致测试精度无法保证。

公开号为CN101587016A的专利文献公开了一种“谐波减速器动态性能综合检测系统”，包括机械部分和电气控制部分，其中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，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。其工作原理为：被测谐波减速器在进行刚度测试时，用专用堵头将其输入端堵转，或用第二伺服电机自锁功能使其堵转；加载时，利用工业控制计算机和高精度运动控制卡控制第一伺服电机和第二伺服电机运动，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值进行加载；不需要加载时，脱开第一扭矩传感器和角度编码器轴向连接用加载联轴器，或者控制电机同步运动。加载过程中通过角度编码器、旋转编码器测量被测谐波减速器的输入端和输出端角度，通过两个扭矩传感器测量被测谐波减速器输入端和输出端的转矩。计算机根据上述信息，针对不同项目，通过配套的软件计算出减速器的相应参数。

然而，上述“谐波减速器动态性能综合检测系统”的缺陷在于：第一，由于分别设置第一伺服电机和第二伺服电机，工作时通过控制两台伺服电机的运动来实现加载功能，在实际应用过程中，因受到各种环境因素影响，容易引起加载力矩的波动，导致最终的检测数据不够准确；第二，在测量被测谐波减速器输入端和输出端的偏转角度时，由于角度编码器与被测谐波减速器的输出轴之间通过第一连接轴相连接，旋转编码器与被测谐波减速器的输入轴之间通过第二连接轴相连接，在实际测试过程中，因连接轴的刚度问题，在承受一定的转矩时会发生相应的弹性变形，该变形量会加入到测量值当中，导致系统误差远大于实际测量值；第三，在实际装配过程中，由各部件加工精度和人为因素导致的同轴度降低的问题十分严重，由于整个测试系统对同轴度的要求非常高，导致对各个支架加工精度和装配精度要求十分严苛，尤其在调整测试目标或测试项目时，十分费事费力，即使调整之后，人为因素的影响也比较大，导致整个测试系统的精度也比较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单合理、加载力矩不易波动、检测数据准确度高、系统误差小、装配与调整方便的伺服电机及谐波减速机综合测试平台。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种伺服电机及谐波减速机综合测试平台，包括机架、设于机架上的隔振平台、以及配合安装在隔振平台上的直线导轨和磁粉制动器，所述直线导轨上装设有大量程转矩转速传感器、第一角度编码器、谐波减速机、第二角度编码器、小量程转矩转速传感器、以及伺服电机；

所述磁粉制动器的输出轴与大量程转矩转速传感器通过第一联轴器连接，所述大量程转矩转速传感器固定安装在第一三维位移台上，所述第一三维位移台的底部固定设有沿垂直于直线导轨方向可调且可锁紧的第一滑块，所述第一滑块可滑动装设于所述直线导轨上；

所述大量程转矩转速传感器通过第二联轴器与第一传动轴轴向连接，第一传动轴与减速机输出法兰固定连接；所述减速机输出法兰一端与谐波减速机的输出端固定连接，所述减速机输出法兰的另一端与第一角度编码器的中空轴通过连接法兰固定连接；

所述第一角度编码器可上下调节装设于第一齿轮齿条支撑架上，所述第一齿轮齿条支撑架固定装设在沿垂直于直线导轨方向可调且可锁紧的第二滑块上，第二滑块可滑动装设于直线导轨上；

所述谐波减速机固定装设在第二三维位移台上，所述第二三维位移台的底部固定设有沿垂直于直线导轨方向可调且可锁紧的第三滑块，所述第三滑块可滑动装设于所述直线导轨上；

所述谐波减速机的输入端固定连接有减速机输入法兰，所述减速机输入法兰的另一端依次与第二角度编码器的中空轴、第二传动轴固定连接；

所述第二角度编码器可上下调节装设于第二齿轮齿条支撑架上，所述第二齿轮齿条支撑架固定装设在沿垂直于直线导轨方向可调且可锁紧的第四滑块上，第四滑块可滑动装设于直线导轨上；

所述第二传动轴与所述小量程转矩转速传感器通过第三联轴器连接，所述小量程转矩转速传感器固定装设在升降台上，所述升降台固定装设在沿垂直于直线导轨方向可调且可锁紧的第五滑块上，第五滑块可滑动装设于直线导轨上；

所述小量程转矩转速传感器通过第四联轴器与伺服电机轴向连接，所述伺服电机固定在第三三维位移台上，所述第三三维位移台的底部固定设有沿垂直于直线导轨方向可调且可锁紧的第六滑块，所述第六滑块可滑动设于直线导轨上。

进一步地，所述大量程转矩转速传感器通过第一安装板装设在第一三维位移台上；所述第一角度编码器通过第二安装板装设在第一齿轮齿条支撑架上；所述第二角度编码器通过第三安装板装设在第二齿轮齿条支撑架上；所述小量程转矩转速传感器通过第四安装板装设在升降台上；

所述第一齿轮齿条支撑架通过第二滑块连接板装设在第二滑块上；所述第二齿轮齿条支撑架通过第四滑块连接板装设在第四滑块上；所述升降台通过第五滑块连接板装设在第五滑块上；

所述谐波减速机通过第一支架装设在第二三维位移台上，所述伺服电机通过第二支架装设在第三三维位移台上。

进一步地，所述第一滑块、第二滑块、第三滑块、第四滑块、第五滑块、以及第六滑块上沿垂直于直线导轨方向分别旋设有顶丝；所述第二安装板与第一齿轮齿条支撑架、第三安装板与第二齿轮齿条支撑架之间均装设有锁紧螺母。

进一步地，所述隔振平台为光学隔振平台。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明结构设置简单合理，加载力矩不易波动，检测数据准确度高，系统误差小，装配与调整方便。

具体表现为：第一，采用磁粉制动器进行加载，磁粉制动器产生的转矩与输入电流成线性关系，相比于现有技术中通过两个伺服电机加载的方式，本发明的加载力矩更加稳定可靠，控制也更加方便；第二，通过在直线导轨上配合设置六个滑块、三个三维位移台、两个齿轮齿条支撑架、以及一个升降台，当对负载较轻的元件进行调整时，使用可横向微调的上述滑块在直线导轨的导轨方向和垂直于导轨方向进行调整，并使用齿轮齿条支撑架或升降台在竖直方向进行调整，当对负载较重的元件进行调整时，使用三维位移台在三维方向上进行调整。采用上述结构，不仅提高了整个测试过程的进度，而且极大地缩短了装配与调整测试项目和测试目标的时间；第三，第一角度编码器和第二角度编码器的中空轴直接与减速机输入法兰、减速机输出法兰相连接，采用上述结构，使得本发明工作时不传递转矩，只传递角位移，从而避免了因传动轴形变引起的系统误差。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图中：

1、机架；2、隔振平台；3、直线导轨；4、磁粉制动器；5、大量程转矩转速传感器；6、第一角度编码器；7、谐波减速机；8、第二角度编码器；9、小量程转矩转速传感器；10、伺服电机；11、第一联轴器；12、第一三维位移台；13、第一滑块；14、第二联轴器；15、第一传动轴；16、减速机输出法兰；17、第一齿轮齿条支撑架；18、第二滑块；19、第二三维位移台；20、第三滑块；21、减速机输入法兰；22、第二传动轴；23、第二齿轮齿条支撑架；24、第四滑块；25、第三联轴器；26、升降台；27、第五滑块；28、第四联轴器；29、第三三维位移台；30、第六滑块；31、第一安装板；32、第二安装板；33、第三安装板；34、第四安装板；35、第二滑块连接板；36、第四滑块连接板；37、第五滑块连接板；38、第一支架；39、第二支架；40、顶丝；41、锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示的伺服电机及谐波减速机综合测试平台，包括机架1、设于机架1上的隔振平台2、以及配合安装在隔振平台2上的直线导轨3和磁粉制动器4，所述直线导轨3上装设有大量程转矩转速传感器5、第一角度编码器6、谐波减速机7、第二角度编码器8、小量程转矩转速传感器9、以及伺服电机10。

所述磁粉制动器4的输出轴与大量程转矩转速传感器5通过第一联轴器11连接，所述大量程转矩转速传感器5固定安装在第一三维位移台12上，所述第一三维位移台12的底部固定设有沿垂直于直线导轨3方向可调且可锁紧的第一滑块13，所述第一滑块13可滑动装设于所述直线导轨3上。

所述大量程转矩转速传感器5通过第二联轴器14与第一传动轴15轴向连接，第一传动轴15与减速机输出法兰16固定连接；所述减速机输出法兰16一端与谐波减速机7的输出端固定连接，所述减速机输出法兰16的另一端与第一角度编码器6的中空轴通过连接法兰9固定连接。

所述第一角度编码器6可上下调节装设于第一齿轮齿条支撑架17上，所述第一齿轮齿条支撑架17固定装设在沿垂直于直线导轨3方向可调且可锁紧的第二滑块18上，第二滑块18可滑动装设于直线导轨3上。

所述谐波减速机7固定装设在第二三维位移台19上，所述第二三维位移台19的底部固定设有沿垂直于直线导轨3方向可调且可锁紧的第三滑块20，所述第三滑块20可滑动装设于所述直线导轨3上。

所述谐波减速机7的输入端固定连接有减速机输入法兰21，所述减速机输入法兰21的另一端依次与第二角度编码器8的中空轴、第二传动轴22固定连接。

所述第二角度编码器8可上下调节装设于第二齿轮齿条支撑架23上，所述第二齿轮齿条支撑架23固定装设在沿垂直于直线导轨3方向可调且可锁紧的第四滑块24上，第四滑块24可滑动装设于直线导轨3上。

所述第二传动轴22与所述小量程转矩转速传感器9通过第三联轴器25连接，所述小量程转矩转速传感器9固定装设在升降台26上，所述升降台26固定装设在沿垂直于直线导轨3方向可调且可锁紧的第五滑块27上，第五滑块27可滑动装设于直线导轨3上。

所述小量程转矩转速传感器9通过第四联轴器28与伺服电机10轴向连接，所述伺服电机10固定在第三三维位移台29上，所述第三三维位移台29的底部固定设有沿垂直于直线导轨3方向可调且可锁紧的第六滑块30，所述第六滑块30可滑动设于直线导轨3上。

以上所述构成本发明的主体结构。

当需要进行加载时，通过操作磁粉制动器4上的控制面板，使磁粉制动器4产生稳定的转矩；不需要加载时，将第一传动轴15与大量程转矩转速传感器5之间的第二联轴器14脱开。

本发明检测谐波减速机7时，通过大量程转矩转速传感器5可以测得谐波减速机7输出端的转矩和转速，通过第一角度编码器6可以测得谐波减速机7输出端的角位移，通过第二角度编码器8可以测得谐波减速机7输入端的角位移，通过小量程转速转速传感器9可以测得谐波减速机7输入端的转矩和转速，根据上述测得的数据，在借助计算机的计算分析下，即可得出谐波减速机7的性能参数。

本发明检测伺服电机10时，通过小量程转矩转速传感器9可以测得伺服电机10输出端的转矩和转速，通过第二角度编码器8可以测得伺服电机10输出端的角位移，根据上述测得的数据，在借助计算机的计算分析下，即可得出伺服电机10的性能参数。

为使本发明各元件安装更为方便、装配精确度更高，所述大量程转矩转速传感器5通过第一安装板31装设在第一三维位移台12上；所述第一角度编码器6通过第二安装板32装设在第一齿轮齿条支撑架17上；所述第二角度编码器8通过第三安装板33装设在第二齿轮齿条支撑架23上；所述小量程转矩转速传感器9通过第四安装板34装设在升降台26上；

所述第一齿轮齿条支撑架17通过第二滑块连接板35装设在第二滑块18上；所述第二齿轮齿条支撑架23通过第四滑块连接板36装设在第四滑块24上；所述升降台26通过第五滑块连接板37装设在第五滑块27上；

所述谐波减速机7通过第一支架38装设在第二三维位移台19上，所述伺服电机10通过第二支架39装设在第三三维位移台29上。

所述第一滑块13、第二滑块18、第三滑块20、第四滑块24、第五滑块27、以及第六滑块30上沿垂直于直线导轨3方向分别旋设有顶丝40，通过旋动顶丝40，即可以对相应滑块沿导轨方向和垂直于导轨方向的位置进行调节，并且在调节完成后，拧紧顶丝40使相应滑块位置进行锁紧固定；所述第二安装板32与第一齿轮齿条支撑架17、第三安装板33与第二齿轮齿条支撑架23之间均装设有锁紧螺母41，锁紧螺母41用于调节相应安装板33的位置高度，从而对第一角度编码器6和第二角度编码器8的高度位置进行调节。通过设置上述结构，便于本发明各个元件的固定和调整。

所述隔振平台2为光学隔振平台，增强了本发明工作时的抗干扰能力，提高了测试过程中的稳定性和安装平台的平面度，进而提高了测试精度。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (4)

1.一种伺服电机及谐波减速机综合测试平台，其特征在于：包括机架(1)、设于机架(1)上的隔振平台(2)、以及配合安装在隔振平台(2)上的直线导轨(3)和磁粉制动器(4)，所述直线导轨(3)上装设有大量程转矩转速传感器(5)、第一角度编码器(6)、谐波减速机(7)、第二角度编码器(8)、小量程转矩转速传感器(9)以及伺服电机(10)；

所述磁粉制动器(4)的输出轴与大量程转矩转速传感器(5)通过第一联轴器(11)连接，所述大量程转矩转速传感器(5)固定安装在第一三维位移台(12)上，所述第一三维位移台(12)的底部固定设有沿垂直于直线导轨(3)方向可调且可锁紧的第一滑块(13)，所述第一滑块(13)可滑动装设于所述直线导轨(3)上；

所述大量程转矩转速传感器(5)通过第二联轴器(14)与第一传动轴(15)轴向连接，第一传动轴(15)与减速机输出法兰(16)固定连接；所述减速机输出法兰(16)一端与所述谐波减速机(7)的输出端固定连接，所述减速机输出法兰(16)的另一端与第一角度编码器(6)的中空轴通过连接法兰(9)固定连接；

所述第一角度编码器(6)可上下调节装设于第一齿轮齿条支撑架(17)上，所述第一齿轮齿条支撑架(17)固定装设在沿垂直于直线导轨(3)方向可调且可锁紧的第二滑块(18)上，所述第二滑块(18)可滑动装设于直线导轨(3)上；

所述谐波减速机(7)固定装设在第二三维位移台(19)上，所述第二三维位移台(19)的底部固定设有沿垂直于直线导轨(3)方向可调且可锁紧的第三滑块(20)，所述第三滑块(20)可滑动装设于所述直线导轨(3)上；

所述谐波减速机(7)的输入端固定连接有减速机输入法兰(21)，所述减速机输入法兰(21)的另一端依次与第二角度编码器(8)的中空轴、第二传动轴(22)固定连接；

所述第二角度编码器(8)可上下调节装设于第二齿轮齿条支撑架(23)上，所述第二齿轮齿条支撑架(23)固定装设在沿垂直于直线导轨(3)方向可调且可锁紧的第四滑块(24)上，所述第四滑块(24)可滑动装设于直线导轨(3)上；

所述第二传动轴(22)与所述小量程转矩转速传感器(9)通过第三联轴器(25)连接，所述小量程转矩转速传感器(9)固定装设在升降台(26)上，所述升降台(26)固定装设在沿垂直于直线导轨(3)方向可调且可锁紧的第五滑块(27)上，第五滑块(27)可滑动装设于直线导轨(3)上；

所述小量程转矩转速传感器(9)通过第四联轴器(28)与伺服电机(10)轴向连接，所述伺服电机(10)固定在第三三维位移台(29)上，所述第三三维位移台(29)的底部固定设有沿垂直于直线导轨(3)方向可调且可锁紧的第六滑块(30)，所述第六滑块(30)可滑动设于直线导轨(3)上。

2.根据权利要求1所述的伺服电机及谐波减速机综合测试平台，其特征在于：所述大量程转矩转速传感器(5)通过第一安装板(31)装设在第一三维位移台(12)上；所述第一角度编码器(6)通过第二安装板(32)装设在第一齿轮齿条支撑架(17)上；所述第二角度编码器(8)通过第三安装板(33)装设在第二齿轮齿条支撑架(23)上；所述小量程转矩转速传感器(9)通过第四安装板(34)装设在升降台(26)上；

所述第一齿轮齿条支撑架(17)通过第二滑块连接板(35)装设在第二滑块(18)上；所述第二齿轮齿条支撑架(23)通过第四滑块连接板(36)装设在第四滑块(24)上；所述升降台(26)通过第五滑块连接板(37)装设在第五滑块(27)上；

所述谐波减速机(7)通过第一支架(38)装设在第二三维位移台(19)上，所述伺服电机(10)通过第二支架(39)装设在第三三维位移台(29)上。

3.根据权利要求2所述的伺服电机及谐波减速机综合测试平台，其特征在于：所述第一滑块(13)、第二滑块(18)、第三滑块(20)、第四滑块(24)、第五滑块(27)、以及第六滑块(30)上沿垂直于直线导轨(3)方向分别旋设有顶丝(40)；所述第二安装板(32)与第一齿轮齿条支撑架(17)、第三安装板(33)与第二齿轮齿条支撑架(23)之间均装设有锁紧螺母(41)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的伺服电机及谐波减速机综合测试平台，其特征在于：所述隔振平台(2)为光学隔振平台。