CN105334459B - 工业机器人用伺服电机测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业机器人用伺服电机测试系统，它涉及机器人控制系统技术领域。X20PLC通过RS485通讯与逆变模块连接，X20PLC通过POWERLINK通讯分别与AcoposMulti电源模块、AcoposMulti逆变模块连接，逆变模块通过测功机动力电缆、电缆线槽、电缆总线与机械测试台连接，AcoposMulti逆变模块依次通过伺服电机动力电缆、机器人重载插头、电缆线槽、电缆总线与机械测试台连接，机械测试台依次通过电缆总线、电缆线槽、机器人重载插头、伺服电机信号电缆接AcoposMulti逆变模块。本发明测试效果好，有效反应伺服电机在机器人本体上的运动状态，成本低，适应性广。
Description
技术领域
本发明涉及的是机器人控制系统技术领域，具体涉及工业机器人用伺服电机测试系统。
背景技术
随着人工成本的不断上涨、工作环境的不断改变及多元化的市场竞争，工业机器人的应用变得越来越广泛，与工业机器人相配套的伺服电机的产量也在不断上升。为了保证机器人用伺服电机的品质，需要对伺服电机进行对应的性能测试，传统测试方法主要分为两大类：一类是在电机工厂内部通过涡流测功机、磁粉测功机、直流测功机，或者电机拖动等方式直接进行一些电机性能的测试；另一类是在机器人工厂，将伺服电机安装到机器人本体上进行的常规机器人性能测试。第一类的测试优点在于成本低廉，不足在于针对性不够，不能直观的有效的反应伺服电机在机器人本体上的运动状态；第二类的测试优点在于作为一个整体进行测试，但是出现问题后增加了排查难度，同时，由于电机厂商与机器人厂商之间的配合与工厂位置等问题，往往会进一步增加解决问题的周期；由于成本问题，电机工厂也不可能购买配套的机器人回厂测试(机器人的种类较多且价格高昂)，在工厂内部就解决这些问题。
为了解决上述问题，设计一种新型的工业机器人用伺服电机测试系统还是很有必要的。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种工业机器人用伺服电机测试系统，结构设计合理，测试效果好，能有效的反应伺服电机在机器人本体上的运动状态，成本低廉，适应性较广，易于推广使用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：工业机器人用伺服电机测试系统，包括电气部分和机械测试台，电气部分接机械测试台，电气部分由电脑、380V交流电、机器人重载插头、电缆线槽、X20PLC、X20DI模块、逆变模块、整流模块、AcoposMulti电源模块和AcoposMulti逆变模块组成，电脑通过PVI通讯与X20PLC连接，X20PLC通过RS485通讯与逆变模块连接，X20PLC还通过POWERLINK通讯分别与AcoposMulti电源模块、AcoposMulti逆变模块连接，整流模块、AcoposMulti电源模块分别接逆变模块、AcoposMulti逆变模块，整流模块、AcoposMulti电源模块均接至380V交流电，逆变模块依次通过测功机动力电缆、电缆线槽、电缆总线与机械测试台连接，AcoposMulti逆变模块依次通过伺服电机动力电缆、机器人重载插头、电缆线槽、电缆总线与机械测试台连接，机械测试台则依次通过电缆总线、电缆线槽、机器人重载插头、伺服电机信号电缆接AcoposMulti逆变模块。
作为优选，所述的机械测试台由安装底座、交流电力测功机、安装法兰、安装道轨、弹性联轴器、转矩转速测量仪、待测伺服电机和转矩转速测量仪安装底座组成，交流电力测功机、待测伺服电机均通过安装法兰和螺栓固定在安装道轨上，交流电力测功机、待测伺服电机还通过弹性联轴器与转矩转速测量仪连接，转矩转速测量仪固定在转矩转速测量仪安装底座上，安装道轨、转矩转速测量仪安装底座均固定在安装底座上；电气部分的逆变模块依次通过测功机动力电缆、电缆线槽、电缆总线与每台机械测试台的交流电力测功机连接，AcoposMulti逆变模块依次通过伺服电机动力电缆、机器人重载插头、电缆线槽、电缆总线与每台机械测试台的待测伺服电机连接，待测伺服电机则依次通过电缆总线、电缆线槽、机器人重载插头、伺服电机信号电缆与AcoposMulti逆变模块连接。
作为优选，所述的机械测试台设置有六台，每个机械测试台对应机器人轴关节的1到6轴，6轴可在驱动的控制下同时运转，模拟机器人本体的运动状态。
本发明的有益效果：(1)测试系统较机器人本体的测试方法成本低廉，且能够对6轴以下的常见机器人模型进行模拟测试，适应性较广；
(2)测试系统在走线方面也采用机器人常规重载插头转接的方式，尽量还原机器人使用现场的电气环境；
(3)测试系统相交常规的测试系统，加入较为实时复杂的运动控制，能够充分反应电机在机器人本体上的短时间内加减速、超速、制动器抱闸性能的状态；
(4)由于在电机厂内测试，可以充分保证测试强度，出现问题时也能第一时间进行排查解决，将电机问题解决在出厂前；
(5)采用交流电力测功机模拟负载，能够将发电状态下的电能通过逆变器与整流器回送给电网；
(6)整个系统可引进其他例如：功率分析仪等专业测量设备，可对电机在机器人上的工作状态进行科学有效的分析，对改进机器人用电机的结构与效率提供科学的测试数据，能够在一定范围内节能减排。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明机械测试台的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：工业机器人用伺服电机测试系统，包括电气部分和机械测试台，所述电气部分接机械测试台，电气部分由电脑A1、380V交流电A2、机器人重载插头A3、电缆线槽A4、X20PLC B1、X20DI模块B2、逆变模块B3、整流模块B4、AcoposMulti电源模块B5和AcoposMulti逆变模块B6组成，机械测试台则由安装底座E1、交流电力测功机E2、安装法兰E3、安装道轨E4、弹性联轴器E5、转矩转速测量仪E6、待测伺服电机E7和转矩转速测量仪安装底座E8组成；电脑A1通过PVI通讯D1与X20PLC B1连接，X20PLC B1通过RS485通讯D2与逆变模块B3连接，X20PLC B1还通过POWERLINK通讯D3分别与AcoposMulti电源模块B5、AcoposMulti逆变模块B6连接，整流模块B4、AcoposMulti电源模块B5分别接逆变模块B3、AcoposMulti逆变模块B6，整流模块B4、AcoposMulti电源模块B5均接至380V交流电A2。
值得注意的是，所述电气部分的逆变模块B3依次通过测功机动力电缆D6、电缆线槽A4、电缆总线D7与每台机械测试台的交流电力测功机E2连接，AcoposMulti逆变模块B6依次通过伺服电机动力电缆D5、机器人重载插头A3、电缆线槽A4、电缆总线D7与每台机械测试台的待测伺服电机E7连接，待测伺服电机E7则依次通过电缆总线D7、电缆线槽A4、机器人重载插头A3、伺服电机信号电缆D4与AcoposMulti逆变模块B6连接。
值得注意的是，所述的交流电力测功机E2、待测伺服电机E7均通过安装法兰E3和螺栓固定在安装道轨E4上，并通过弹性联轴器E5与转矩转速测量仪E6连接，转矩转速测量仪E6固定在转矩转速测量仪安装底座E8上，安装道轨E4、转矩转速测量仪安装底座E8均固定在安装底座E1上，由安装法兰E3、安装道轨E4、转矩转速测量仪安装底座E8来保证整个机械安装系统的同轴度，安装底座E1起到固定整个机械安装系统的作用。
此外，所述的机械测试台设置有六台，每个机械测试台分别可对应机器人轴关节的1到6轴，6轴可在驱动的控制下同时运转，模拟机器人本体的运动状态。
本具体实施方式为了更好的在电机工厂内部进行机器人用伺服电机的性能测试，使用贝加莱的机器人仿真软件Robotic Visualization，可以完成对相应型号机器人的模拟运行，并将机器人在模拟运行中各个轴关节电机的运动状态通过PVICOM Interface直接发送给PLC，由PLC控制驱动让伺服电机按照机器人运动的轨迹来达到多轴的联动，同时通过PLC来控制逆变器来保证交流电力测功机输出稳定的扭力，来保证电机能够模拟关节的负载情况，尽可能的重现伺服电机在机器人本体上的运动状态，从而达到测试伺服电机的效果。
本具体实施方式的工作原理：安装有仿真软件Robotic Visualization和Automation Studio控制软件的电脑A1，通过导入现有的机器人3D模型，再通过PVI通讯D1与X20PLC B1连接，并将机器人的各个轴关节与待测试的电机一一关联起来，由RoboticVisualization通过示教后将机器人不同动作状态下轴关节的运动轨迹通过PVI通讯D1将命令发送给X20PLC B1，由X20PLC B1将动作解析后通过POWERLINK通讯D3直接控制AcoposMulti逆变模块B6驱动各轴关节电机按照机器人仿真的运动轨迹来进行运装，同时，由电脑A1通过PVI通讯D1将测功机的输出扭矩传送给X20PLC B1，再由X20PLC B1通过RS485通讯D2来控制逆变模块B3输出电流，从而保证测试过程中扭矩的模拟。
其中，380V交流电A2分别供给整流模块B4、AcoposMulti电源模块B5，再供给逆变模块B3与AcoposMulti逆变模块B6，逆变模块B3分别通过测功机动力电缆D6、电缆线槽A4、电缆总线D7送给交流电力测功机E2，AcoposMulti逆变模块B6分别通过伺服电机动力电缆D5、机器人重载插头A3、电缆线槽A4、电缆总线D7为待测伺服电机E7提供动力，并通过电缆总线D7、电缆线槽A4、机器人重载插头A3、伺服电机信号电缆D4将伺服电机编码器反馈的位置信号回传给控制系统；转矩转速测量仪E6通过信号电缆将测试脉冲信号传输给X20DI模块B2，再通过X2X通讯将数值传输给X20PLC B1，X20PLC B1通过该数据对逆变模块B3的输出电流进行校正，保证测试力矩的准确性。
本具体实施方式能够对六轴以下常见的机器人模型进行模拟测试，且加入较为实时复杂的运动控制，能够充分反应电机在机器人本体上的短时间内加减速、超速、制动器抱闸性能的状态，在第一时间排查解决问题，简单高效，成本低，具有广阔的市场应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.工业机器人用伺服电机测试系统，其特征在于，包括电气部分和机械测试台，电气部分接机械测试台，电气部分由电脑(A1)、380V交流电(A2)、机器人重载插头(A3)、电缆线槽(A4)、X20PLC (B1)、X20DI模块(B2)、逆变模块(B3)、整流模块(B4)、AcoposMulti电源模块(B5)和AcoposMulti逆变模块(B6)组成，电脑(A1)通过PVI通讯(D1)与X20PLC(B1)连接，X20PLC (B1)通过RS485通讯(D2)与逆变模块(B3)连接，X20PLC(B1)还通过POWERLINK通讯(D3)分别与AcoposMulti电源模块(B5)、AcoposMulti逆变模块(B6)连接，整流模块(B4)、AcoposMulti电源模块(B5)分别接逆变模块(B3)、AcoposMulti逆变模块(B6)，整流模块(B4)、AcoposMulti电源模块(B5)均接至380V交流电(A2)，380V交流电(A2)分别供给整流模块(B4)、AcoposMulti电源模块(B5)，再供给逆变模块(B3)与AcoposMulti逆变模块(B6)，逆变模块(B3)依次通过测功机动力电缆(D6)、电缆线槽(A4)、电缆总线(D7)与机械测试台连接，AcoposMulti逆变模块(B6)依次通过伺服电机动力电缆(D5)、机器人重载插头(A3)、电缆线槽(A4)、电缆总线(D7)与机械测试台连接，机械测试台则依次通过电缆总线(D7)、电缆线槽(A4)、机器人重载插头(A3)、伺服电机信号电缆(D4)接AcoposMulti逆变模块(B6)；
安装有仿真软件Robotic Visualization和Automation Studio控制软件的电脑(A1)通过导入机器人3D模型，再通过PVI通讯(D1)与X20PLC(B1)连接，并将机器人的各个轴关节与待测试的电机一一关联起来，由Robotic Visualization通过示教后将机器人不同动作状态下轴关节的运动轨迹通过PVI通讯(D1)将命令发送给X20PLC(B1)，由X20PLC (B1)将动作解析后通过POWERLINK通讯(D3)直接控制AcoposMulti逆变模块(B6)驱动各轴关节电机按照机器人仿真的运动轨迹来进行运装，同时，由电脑(A1)通过PVI通讯(D1)将测功机的输出扭矩传送给X20PLC(B1)，再由X20PLC(B1)通过RS485通讯(D2)来控制逆变模块(B3)输出电流，从而保证测试过程中扭矩的模拟。
2.根据权利要求1所述的工业机器人用伺服电机测试系统，其特征在于，所述的机械测试台由安装底座(E1)、交流电力测功机(E2)、安装法兰(E3)、安装道轨(E4)、弹性联轴器(E5)、转矩转速测量仪(E6)、待测伺服电机(E7)和转矩转速测量仪安装底座(E8)组成，交流电力测功机(E2)、待测伺服电机(E7)均通过安装法兰(E3)和螺栓固定在安装道轨(E4)上，交流电力测功机(E2)、待测伺服电机(E7)还通过弹性联轴器(E5)与转矩转速测量仪(E6)连接，转矩转速测量仪(E6)固定在转矩转速测量仪安装底座(E8)上，安装道轨(E4)、转矩转速测量仪安装底座(E8)均固定在安装底座(E1)上。
3.根据权利要求2所述的工业机器人用伺服电机测试系统，其特征在于，所述转矩转速测量仪(E6)通过信号电缆将测试脉冲信号传输给X20DI模块(B2)，再通过X2X通讯将数据传输给X20PLC(B1)，X20PLC(B1)通过该数据对逆变模块(B3)的输出电流进行校正，保证测试力矩的准确性。
4.根据权利要求1或2所述的工业机器人用伺服电机测试系统，其特征在于，所述的机械测试台设置有六台，每个机械测试台分别可对应机器人轴关节的1到6轴，6轴可在驱动的控制下同时运转，模拟机器人本体的运动状态。
5.根据权利要求2所述的工业机器人用伺服电机测试系统，其特征在于，所述电气部分的逆变模块(B3)依次通过测功机动力电缆(D6)、电缆线槽(A4)、电缆总线(D7)与每台机械测试台的交流电力测功机(E2)连接，AcoposMulti逆变模块(B6)依次通过伺服电机动力电缆(D5)、机器人重载插头(A3)、电缆线槽(A4)、电缆总线(D7)为每台机械测试台的待测伺服电机(E7) 提供动力，每个待测伺服电机(E7)则依次通过电缆总线(D7)、电缆线槽(A4)、机器人重载插头(A3)、伺服电机信号电缆(D4)与AcoposMulti逆变模块(B6)连接，将伺服电机编码器反馈的位置信号回传给控制系统。
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