CN105445023A - 一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台及测试方法，包括第一自动加载装置，第一自动加载装置包括输出轴，第一拉压力传感器一端与第一自动加载装置的输出轴连接，另一端与第一连轴的一端连接，第一连轴的一端与力臂一端相连，力臂一端与第二连轴连接，力臂的另一端设置有用于测量力臂位移量的第一位移传感器和第二位移传感器。本发明中的第一自动加载装置和第一自动加载装置，利用螺旋升降机的大传动比、可以实现较大的推力和结构紧凑等特点。本测试平台整体结构简单、紧凑，体积小，可以实现自动测试。本发明的测试方法采用一套测试平台即可实现弯矩刚性、扭转刚性、齿隙和回差这几项指标的测试，并且测试结果精度高。

Description

一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台及测试方法

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台及测试方法。

背景技术

工业机器人作为自动化的重要载体，已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。关节减速器是工业机器人的核心部件，它的成本约占到整个工业机器人成本的30％左右。工业机器人关节减速器要求刚度大、运动精度高、传动效率高、回差小、承载平稳等。其中减速器的静态性能指标有弯矩刚性、扭转刚性、齿隙和回差，这些静态指标对工业机器人的机械臂位置精度、运行的稳定性、工作能力以及寿命等具有决定性作用。

目前，现有的工业机器人关节减速器静态测试方法中，对弯矩刚性、扭转刚性、齿隙和回差这几项指标都是在多台专用的扭转刚性测试设备进行，并且是人工装夹，由于当前没有提供在超低速情况下实现大加载推力的自动加载设备，因此加载力也只能手动加载，加载精度差，测试时需要长时间安装和调整，费时费力，测试效率低，无法满足现在生产测试要求，并且测试结果波动大、精度低。

发明内容

为了克服上述现有技术不足，本发明提供了一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台和测试方法，该平台可以同时测试弯矩刚性、扭转刚性、齿隙和回差这几项减速器静态指标，并且实现快速定位、自动装夹，大幅提高测试效率和精度。同时设计了自动加载装置，结构简单、紧凑，体积小，可以实现超低速大推力加载，提高加载精度和效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台，包括第一自动加载装置、第一拉压力传感器、第一连轴、力臂、第二连轴、第二拉压力传感器、第二自动加载装置和减速器托盘，第二自动加载装置与第一自动加载装置的结构相同；第一自动加载装置包括输出轴，第一拉压力传感器一端与第一自动加载装置的输出轴连接，另一端与第一连轴的一端连接，第一连轴的一端与力臂一端相连，力臂一端与第二连轴连接，第二连轴的另一端与第二拉压力传感器一端连接，第二拉压力传感器的另一端与第二自动加载装置的输出轴相连接；减速器托盘上设置有套装在定位轴上的减速器，减速器上设置有减速器夹具，力臂的另一端套在定位轴上，并且固定在减速器夹具上；力臂的另一端设置有用于测量力臂位移量的第一位移传感器和第二位移传感器。

还包括机身底座，第一自动加载装置和减速器托盘设置在机身底座上。

所述机身底座一侧设置有加载装置保护壳，第二自动加载装置固定在加载装置保护壳中。

所述机身底座上设置有第一传感器支架和第二传感器支架，第一位移传感器装在第一传感器支架上；第二位移传感器装在第二传感器支架上。

所述减速器托盘下端设置有用于减速器托盘加紧在机身底座的气缸；定位轴上设置有能够与减速器的输入轴齿轮相啮合的齿。

所述第一自动加载装置包括摇杆、螺旋升降机和薄型气缸，螺旋升降机的输入轴上安装有棘轮，摇杆一端与输入轴相连，另一端与薄型气缸的气缸活塞杆滑动连接，摇杆上安装有换向棘爪。

所述棘轮通过键安装在螺旋升降机的输入轴上。

所述薄型气缸上设置有第一充气孔和第二充气孔。

所述摇杆两侧设置有第一电磁铁和第二电磁铁。

一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台的测试方法，

测试弯矩刚性时，打开第一拉压力传感器和第一位移传感器，之后运行第一自动加载装置，先向上运动提供推力，逐步由零加载到额定推力，分别由第一拉压力传感器和第一位移传感器记录相应的推力和正向位移量，然后将第一自动测试装置的输出丝杠回零位，之后反向运行第一自动加载装置，向下运动提供拉力，由零加载到额定拉力，同样分别由第一拉压力传感器和第一位移传感器记录相应的拉力和反向位移量，最后将推力和正向位移量、拉力和反向位移量分别换算成倾覆力矩和角度值，分析计算，得到弯矩刚性；

测试扭转刚性、回差和齿隙时，打开第二拉压力传感器和第二位移传感器，之后运行第二自动加载装置，先向前运动提供推力，逐步由零加载到额定推力，分别由第二拉压力传感器和第二位移传感器记录相应的推力和正向位移量，之后反向运行第二自动加载装置，向后运动提供拉力，由额定推力减小到零之后再加载到额定拉力，同样分别由第二拉压力传感器和第二位移传感器记录相应的拉力和反向位移量，然后再反向运行第二自动加载装置，由额定拉力减小到零，最后将推力和正向位移量、拉力和反向位移量分别换算成扭转力矩和角度值，绘成滞回曲线，分析计算，得到扭转刚性、回差和齿隙。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本测试平台通过设置第一自动加载装置、第二自动加载装置、第一位移传感器和第二位移传感器，通过测量力臂位移量，得出倾覆力矩和角度值，能够实现对减速器静态指标弯矩刚性、扭转刚性、齿隙和回差的测试。本发明中的第一自动加载装置和第一自动加载装置，利用螺旋升降机的大传动比、可以实现较大的推力和结构紧凑等特点。本测试平台整体结构简单、紧凑，体积小，可以实现自动测试。

进一步的，本发明中对现有技术中的螺旋升降机进行结构改造，将螺旋升降机的输入端去掉电机，装上一个棘轮机构，用气缸作为动力驱动；该装置的速度调节是通过改变活塞杆的行程大小，调整棘轮每次转过的角度的同时配合螺旋升降机的大传动比，从而实现低速乃至超低速运动；该装置的最大推力是根据螺旋升降机所能达到的最大推力确定的，螺旋升降机内部的蜗轮蜗杆机构可以是实现减速和放大推力的作用，从而实现大推力直线加载，因此该装置可以实现超低速大推力自动加载，同时采用高精度传感器，提高了测试效率和测试精度，减小了测试误差。

进一步的，由于定位轴上面有齿，可以快速与减速器的输入轴齿轮啮合，从而实现快速定位，并且通过齿轮啮合约束轴向运动，然后将减速器与减速器托盘固定约束周向运动，之后通过气缸将减速器托盘快速加紧，实现减速器快速装夹。之后将力臂通过定位轴进行轴向定位，之后和减速器夹具固定，实现周向定位。采用本发明中的定位轴和夹具可以实现快速定位和装夹，这样大大减少了装夹次数，提高了安装效率和安装精度。

本发明在进行测试测试弯矩刚性时，打开第一拉压力传感器和第一位移传感器，之后运行第一自动加载装置，先向上运动提供推力，逐步由零加载到额定推力，分别由第一拉压力传感器和第一位移传感记录相应的推力和正向位移量，然后将第一自动测试装置的螺旋升降机输出丝杠回零位，之后反向运行第一自动加载装置，向下运动提供拉力，由零加载到额定拉力，同样分别由第一拉压力传感器和第一位移传感器记录相应的拉力和反向位移量，最后将推力和正向位移量、拉力和反向位移量分别换算成倾覆力矩和角度值，分析计算，得到弯矩刚性。

扭转刚性、回差和齿隙静态指标只需测出关节减速器的滞回曲线即可评定，滞回曲线测试时，打开第二拉压力传感器和第二位移传感器，之后运行第二自动加载装置，先向前运动提供推力，逐步由零加载到额定推力，分别由第二拉压力传感器和第二位移传感器记录相应的推力和正向位移量，之后反向运行第二自动加载装置，向后运动提供拉力，由额定推力减小到零之后在加载到额定拉力，同样分别由第二拉压力传感器和第二位移传感器记录相应的拉力和反向位移量，然后再反向运行第二自动加载装置，由额定拉力减小到零，最后将推力、拉力换算成扭转力矩，将正向位移量、反向位移量换算成角度值，绘成滞回曲线，分析计算，得到扭转刚性、回差和齿隙。本发明的测试方法采用一套测试平台即可实现弯矩刚性、扭转刚性、齿隙和回差这几项指标的测试，并且测试结果精度高。

附图说明

图1为本发明的工业机器人关节减速器静态指标测试平台示意图；

图2为第一自动加载装置的结构示意图；

图3为定位轴的结构示意图。

图中：1.机身底座；2.第一自动加载装置；3.第一拉压力传感器；4.第一连轴；5.力臂；6.第二连轴；7.第二拉压力传感器；8.第二自动加载装置；9.加载装置保护壳；10.定位轴；11.减速器夹具；12.第一位移传感器；13.第一传感器支架；14.第二位移传感器；15.第二传感器支架；16.减速器；17.减速器托盘；18.气缸活塞杆；19.摇杆；20.第一电磁铁；21.输出丝杠；22.螺旋升降机；23.键；24.输入轴；25.棘轮；26.换向棘爪；27.第二电磁铁；28.第一进气孔；29.薄型气缸；30.第二进气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台，包括第一拉压力传感器3、第一连轴4、力臂5、第二连轴6、第二拉压力传感器7、第二自动加载装置8、减速器托盘17和机身底座1，第二自动加载装置8与第一自动加载装置2的结构相同；机身底座1设置有减速器托盘17和第一自动加载装置2，并且第一自动加载装置2固定在机身底座1上。

参见图2，第一自动加载装置2包括薄型气缸29和螺旋升降机22，螺旋升降机22的输出丝杠21作为此自动加载装置的执行输出端，螺旋升降机22安装在机身底座1上，螺旋升降机22的输入轴24上通过键23安装有棘轮25，螺旋升降机22的输入轴24上还安装有摇杆19，摇杆19的一端直接安装在螺旋升降机的输入轴24上，摇杆19的另一端与薄型气缸29的气缸活塞杆18滑动连接，薄型气缸29固定在机身底座1上，分别对薄型气缸29上的第二充气孔30和第一充气孔28进行充气可以使气缸活塞杆18做往复运动。

摇杆19上安装有换向棘爪26，摇杆19两侧设置有第一电磁铁20和第二电磁铁27，换向棘爪26通过第一电磁铁20和第二电磁铁27进行换向。

第一拉压力传感器3一端与第一自动加载装置2的输出轴连接，另一端与第一连轴4的一端连接，第一连轴4的另一端与力臂5的一端连接，力臂5的一端还与第二连轴6的一端相连接，第二连轴6的另一端与第二拉压力传感器7的一端连接，第二拉压力传感器7的另一端与第二自动加载装置8的输出轴连接，第二自动加载力装置8固定在侧立的加载装置保护壳9中。

参见图3，定位轴10固定在减速器托盘17上，定位轴10上套装有减速器16，减速器16上设置有减速器夹具11，力臂5的偏中端套在定位轴10上，并且固定在减速器夹具11上，减速器夹具11与减速器16输出端固定连接后通过定位轴10固定在减速器托盘17上，减速器托盘17下端通过气缸实现快速加紧。力臂5的另一端的端部设置有第一位移传感器12和第二位移传感器14，第一位移传感器12和第二位移传感器14对力臂位移变化量进行测量，第一位移传感器12装在第一传感器支架13上，实现对力臂5末端垂直方向的测量，第二位移传感器14装在第二传感器支架15上，测量力臂5末端纵向的位移量。

第一自动加载装置工作过程和原理如下：通过对薄型气缸29的第二充气孔(左充气孔)30和第一充气孔28(右充气孔)进行交替充气，带动气缸活塞杆18做往复运动，气缸活塞杆18带动摇杆19做往复运动，这样给棘轮机构提供动力，摇杆19上的换向棘爪26推动棘轮25间歇转动，棘轮25带动螺旋升降机的输入轴24进行转动，提供足够的扭矩，最终带动螺旋升降机的输出丝杠21上下运动。当换向棘爪26与第一电磁铁20衔接时，螺旋升降机的输出丝杠21向上运动，提供推力；当换向棘爪26与第二电磁铁27衔接时，螺旋升降机的输出丝杠21向下运动，提供拉力。本装置的速度调节是通过改变气缸活塞杆18的行程大小，调整棘轮25每次转过的角度的同时配合螺旋升降机的大传动比，从而实现低速乃至超低速运动。本装置的最大推力是根据螺旋升降机22所能达到的最大推力确定的，螺旋升降机22内部的蜗轮蜗杆机构可以是实现减速和放大推力的作用，并且丝杠本身具有动态自锁功能，因此棘轮机构也省去了止回爪，最终实现低速大推力直线自动加载。

被测工业机器人关节减速器的安装方法：将减速器16的输出轴与减速器夹具11固定，之后将减速器16通过定位轴10放入减速器托盘17上，由于定位轴10上面有齿，可以快速与减速器16的输入轴齿轮啮合，从而实现快速定位，并且通过齿轮啮合约束轴向运动，然后将减速器16与减速器托盘17固定约束周向运动，之后通过气缸将减速器托盘17快速加紧，实现减速器快速装夹。之后将力臂5通过定位轴10进行轴向定位，之后和减速器夹具11固定，实现周向定位。

工业机器人关节减速器静态指标测试平台测试方法：

测试弯矩刚性时，打开第一拉压力传感器3和第一位移传感器12，之后运行第一自动加载装置2，先向上运动提供推力，逐步由零加载到额定推力，分别由第一拉压力传感器3和第一位移传感器12记录相应的推力和正向位移量，然后将第一自动测试装置2的螺旋升降机输出丝杠21回零位，之后反向运行第一自动加载装置2，向下运动提供拉力，由零加载到额定拉力，同样分别由第一拉压力传感器3和第一位移传感器12记录相应的拉力和反向位移量，最后将推力和正向位移量、拉力和反向位移量通过力臂5和减速器16的相关尺寸分别换算成倾覆力矩和角度值，分析计算，得到弯矩刚性。

扭转刚性、回差和齿隙静态指标只需测出关节减速器的滞回曲线即可评定，滞回曲线测试时，打开第二拉压力传感器7和第二位移传感器14，之后运行第二自动加载装置8，先向前运动提供推力，逐步由零加载到额定推力，分别由第二拉压力传感器7和第二位移传感器14记录相应的推力和正向位移量，之后反向运行第二自动加载装置8，向后运动提供拉力，由额定推力减小到零之后在加载到额定拉力，同样分别由第二拉压力传感器3和第二位移传感器12记录相应的拉力和反向位移量，然后再反向运行第二自动加载装置8，由额定拉力减小到零，最后将推力和正向位移量、拉力和反向位移量通过力臂5和减速器16的相关尺寸分别换算成扭转力矩和角度值，绘成滞回曲线，分析计算，得到扭转刚性、回差和齿隙。

本测试平台能够实现对减速器静态指标弯矩刚性、扭转刚性、齿隙和回差的测试。定位轴和夹具的设计可以实现快速定位和装夹，这样大大减少了装夹次数，提高了安装效率和安装精度。并且自行设计了自动加载装置，该装置利用螺旋升降机的大传动比、可以实现较大的推力和结构紧凑等特点，对螺旋升降机进行结构改造，将螺旋升降机的输入端去掉电机，装上一个棘轮机构，用气缸作为动力驱动；该装置的速度调节是通过改变活塞杆的行程大小从而调整棘轮每次转过的角度的同时配合螺旋升降机的大传动比，从而实现低速乃至超低速运动；该装置的最大推力是根据螺旋升降机所能达到的最大推力确定的，螺旋升降机内部的蜗轮蜗杆机构可以是实现减速和放大推力的作用，从而实现大推力直线加载；因此该装置可以实现超低速大推力自动加载，同时采用高精度传感器，提高了测试效率和测试精度，减小了测试误差。本测试平台整体结构简单、紧凑，体积小，可以实现自动测试。

Claims (10)

1.一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，包括第一自动加载装置(2)、第一拉压力传感器(3)、第一连轴(4)、力臂(5)、第二连轴(6)、第二拉压力传感器(7)、第二自动加载装置(8)和减速器托盘(17)，第二自动加载装置(8)与第一自动加载装置(2)的结构相同；第一自动加载装置(2)包括输出轴，第一拉压力传感器(3)一端与第一自动加载装置(2)的输出轴连接，另一端与第一连轴(4)的一端连接，第一连轴(4)的一端与力臂(5)一端相连，力臂(5)一端与第二连轴(6)连接，第二连轴(6)的另一端与第二拉压力传感器(7)一端连接，第二拉压力传感器(7)的另一端与第二自动加载装置(8)的输出轴相连接；减速器托盘(17)上设置有套装在定位轴(10)上的减速器(16)，减速器(16)上设置有减速器夹具(11)，力臂(5)的另一端套在定位轴(10)上，并且固定在减速器夹具(11)上；力臂(5)的另一端设置有用于测量力臂位移量的第一位移传感器(12)和第二位移传感器(14)。

2.根据权利要求1所述的工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，还包括机身底座(1)，第一自动加载装置(2)和减速器托盘(17)设置在机身底座(1)上。

3.根据权利要求2所述的工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，所述机身底座(1)一侧设置有加载装置保护壳(9)，第二自动加载装置(8)固定在加载装置保护壳(9)中。

4.根据权利要求2或3所述的工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，所述机身底座(1)上设置有第一传感器支架(13)和第二传感器支架(15)，第一位移传感器(12)装在第一传感器支架(13)上；第二位移传感器(14)装在第二传感器支架(15)上。

5.根据权利要求1所述的工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，所述减速器托盘(17)下端设置有用于减速器托盘加紧在机身底座(1)的气缸；定位轴(10)上设置有能够与减速器(16)的输入轴齿轮相啮合的齿。

6.根据权利要求1所述的工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，所述第一自动加载装置(2)包括摇杆(19)、螺旋升降机(22)和薄型气缸(29)，螺旋升降机(22)的输入轴(24)上安装有棘轮(25)，摇杆一端与输入轴(24)相连，另一端与薄型气缸(29)的气缸活塞杆(18)滑动连接，摇杆(19)上安装有换向棘爪(26)。

7.根据权利要求6所述的工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，所述棘轮(25)通过键安装在螺旋升降机(22)的输入轴(24)上。

8.根据权利要求6所述的工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，所述薄型气缸(29)上设置有第一充气孔(29)和第二充气孔(30)。

9.根据权利要求6所述的工业机器人关节减速器静态指标测试平台，其特征在于，所述摇杆(19)两侧设置有第一电磁铁(20)和第二电磁铁(27)。

10.一种工业机器人关节减速器静态指标测试平台的测试方法，其特征在于，

测试弯矩刚性时，打开第一拉压力传感器(3)和第一位移传感器(12)，之后运行第一自动加载装置(2)，先向上运动提供推力，逐步由零加载到额定推力，分别由第一拉压力传感器(3)和第一位移传感器(12)记录相应的推力和正向位移量，然后将第一自动测试装置(2)的输出丝杠(21)回零位，之后反向运行第一自动加载装置(2)，向下运动提供拉力，由零加载到额定拉力，同样分别由第一拉压力传感器(3)和第一位移传感器(12)记录相应的拉力和反向位移量，最后将推力和正向位移量、拉力和反向位移量分别换算成倾覆力矩和角度值，分析计算，得到弯矩刚性；

测试扭转刚性、回差和齿隙时，打开第二拉压力传感器(7)和第二位移传感器(14)，之后运行第二自动加载装置(8)，先向前运动提供推力，逐步由零加载到额定推力，分别由第二拉压力传感器(7)和第二位移传感器(14)记录相应的推力和正向位移量，之后反向运行第二自动加载装置(8)，向后运动提供拉力，由额定推力减小到零之后再加载到额定拉力，同样分别由第二拉压力传感器(3)和第二位移传感器(12)记录相应的拉力和反向位移量，然后再反向运行第二自动加载装置(8)，由额定拉力减小到零，最后将推力和正向位移量、拉力和反向位移量分别换算成扭转力矩和角度值，绘成滞回曲线，分析计算，得到扭转刚性、回差和齿隙。