CN106568596A - 一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，包括驱动电机，驱动电机通过第一联轴器连接有第一扭矩转速传感器，所述第一扭矩转速传感器另一端通过第二联轴器连接有变速系统，所述变速系统的输出侧通过第三联轴器连接有第二扭矩转速传感器，所述第二扭矩转速传感器另一端通过第四联轴器连接有负载。本发明统填补了机器人传动系统性能测试和故障检测的空缺，拓展了传动试验系统的应用。本发明克服了单纯使用信号处理技术进行故障检测的缺陷，创造性的利用机械传动组的方案，结合对传感器获得的信号的处理，能够同时检测出传动系统缺陷位置以及产生缺陷的原因，为工程应用提供了可靠的依据。

Description

一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统

技术领域

本发明涉及传动系统性能试验技术领域，具体的说是一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统。

背景技术

机器人传动系统是机器人系统的关键组成部分，由于机器人整体精度要求较高，故在使用中要求传动系统要具有传动精度高、振动噪声小、刚度大、效率高等特性，但在实际生产中由于加工误差和装配误差以及使用过程中的摩擦等因素，导致传动系统具有一定的传动误差、噪声和振动，传动效率也会减小，从而影响机器人的整体性能。通过试验方式可高效的研究传动系统核心部件匹配性能、振动、噪声等特性，并对机器人传动系统提出合理的核心零部件匹配优化方案。

机器人传动系统包括驱动电机、中间传动齿轮和机器人关节减速器等核心零部件，性能匹配试验系统主要针对核心零部件之间通过一定方式组装形成的系统进行动态研究，以及相关的数据处理。

现今，国内外专门针对机器人关节减速器、伺服驱动电机以及齿轮传动已经做了大量的研究，比如机器人关节减速器有效率试验台、刚度和回差试验台、振动和噪声试验台及传动误差试验台等，相似的齿轮传动和伺服驱动电机也有大量的效率及振动和噪声等试验台和成熟的研究方式。在机器人领域中，传动系统比较成熟的研究方法目前还停留在零部件阶段，通过现有的方法可以准确的得到核心零部件的特性，但将零部件装配为系统后，由于工作条件的改变和安装方式的选择，系统整体性能并非是所有零部件性能的线性叠加，故在研究传动系统整体特性时需要独立的方法和试验。

目前针对整个传动系统的研究还比较基础，在科学研究和工程实际中，普遍采用的方法有系统振动分析法和系统噪声分析法等，这些方法存在着许多不足和局限性。在系统振动分析中，采用加速度频域分析方法，这种方法对数据采集和数据处理系统硬件要求较高，难以在中小企业普遍应用；在系统噪声分析中，对系统噪声进行频域分析，这种方法需要在静音实验室中完成，基础建设成本高。同时频域分析方法只能得到出振动源产生位置，很难分析产生原因，在实际操作中往往是整个零部件全部换掉，设备浪费严重。在机器人传动系统中，振动和噪声产生的原因，往往是系统性能匹配的不合理而不是单个零部件的问题，现有的技术很难解决。

综上所述，机器人传动系统性能匹配现有技术在设备成本、故障原因检测以及系统性能分析等方面很难满足普遍应用的要求，急需一套成本低、操作简便、故障分析准确的系统对机器人传动的匹配性能进行合理的评价，分析故障原因，指导系统设计和选型匹配。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，以期能够真实的反映出传动系统的工作情况，根据测试结果找出传动系统中不同零部件相互匹配存在的问题，为系统性能优化提供可靠依据，从而更好的服务机器人系统设计。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，包括驱动电机，驱动电机通过第一联轴器连接有第一扭矩转速传感器，所述第一扭矩转速传感器另一端通过第二联轴器连接有变速系统，所述变速系统的输出侧通过第三联轴器连接有第二扭矩转速传感器，所述第二扭矩转速传感器另一端通过第四联轴器连接有负载。

所述变速系统包括安装支架，所述安装支架内装配有机器人关节减速器，所述机器人关节减速器靠近输入端的一侧设有装配在安装支架内的性能匹配区域，所述性能匹配区域包括传动齿轮组，所述传动齿轮组的输出端与机器人关节减速器的输入轴相连。

所述驱动电机通过电机座固定，所述第一扭矩转速传感器、第二扭矩转速传感器分别由支座对应固定。

所述驱动电机、性能匹配区域和机器人关节减速器的侧部均匀布置有若干声学测试设备。

所述传动齿轮组包括与第二联轴器相连的主动齿轮和若干从动齿轮，所述从动齿轮中的最后一级的齿轮轴为所述性能匹配区域的输出端。

在所述驱动电机和所述机器人关节减速器的外壳上分别安装了一号加速器传感器和二号加速器传感器；所述安装支架上安装了三号加速器传感器，且安装位置靠近所述主动齿轮或从动齿轮的部位；所述一号加速器传感器、二号加速器传感器和三号加速器传感器的数据输出端均连接有数据采集系统。

所述负载为偏心机构。

本发明的有益效果是：

1、本发明统填补了机器人传动系统性能测试和故障检测的空缺，拓展了传动试验系统的应用。

2、本发明克服了单纯使用信号处理技术进行故障检测的缺陷，创造性的利用机械传动组的方案，结合对传感器获得的信号的处理，能够同时检测出传动系统缺陷位置以及产生缺陷的原因，为工程应用提供了可靠的依据。

3、本发明可同时得到机器人传动系统的振动和噪声数据，便于工程人员进行相关分析，建立多目标间的相互关系。

4、本发明所得到的噪声数据为传动系统的综合信号，振动数据为在系统运行中单个零部件的动态响应，这样可建立一套系统和系统中各元素间的对应机制。

5、本发明中的偏心加载方式节省了能耗的同时，能够真实的模拟出机器人真实的工作条件，提高了试验的可靠性。

6、本发明是借鉴齿轮传动系统开发的，关键技术有一定的参考价值，得出的实验试验数据具有较大的工程价值。

7、本发明中各部件便于拆装，完成多套方案的组合，同时可方便的添加测试设备，实现传动系统回差、传动误差和效率等项目的测试。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的整体结构原理图；

图2为本发明的变速系统与驱动电机和负载连接关系示意图。

具体实施方式

为了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，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图2所示，一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，包括驱动电机1，驱动电机1通过第一联轴器2连接有第一扭矩转速传感器3，所述第一扭矩转速传感器3另一端通过第二联轴器4连接有变速系统5，所述变速系统5的输出侧通过第三联轴器6连接有第二扭矩转速传感器7，所述第二扭矩转速传感器7另一端通过第四联轴器8连接有负载9。

所述变速系统5包括安装支架10，所述安装支架10内装配有机器人关节减速器11，所述机器人关节减速器11固定通过止口和螺栓安装在安装支架10上。所述机器人关节减速器11靠近输入端的一侧设有装配在安装支架10内的性能匹配区域12，所述性能匹配区域12包括传动齿轮组，所述传动齿轮组的输出端与机器人关节减速器11的输入轴相连。所述机器人关节减速器11与第三联轴器6之间通过设置在机器人关节减速器11上的输出轴23连接。

所述驱动电机1通过电机座14固定，所述第一扭矩转速传感器3、第二扭矩转速传感器7分别由支座15对应固定。

所述驱动电机1、性能匹配区域12和机器人关节减速器11的侧部均匀布置有若干声学测试设备21。具体布置方式可参照国家相关标准；声学测试设备21可采用声级计等专业设备，其作用是获得传动系统在不同安装形式下运行所产生的噪声，作为系统性能评价指标，也是后续试验结果分析的原始数据。

所述传动齿轮组包括与第二联轴器4相连的主动齿轮16和若干从动齿轮17，所述从动齿轮17中的最后一级的齿轮轴为所述性能匹配区域12的输出端。为了从结构上确定匹配性能，以及检测系统性能不合理部位和产生原因，所述传动齿轮组的组合形式有多种装配实施形式。

在所述驱动电机1和所述机器人关节减速器11的外壳上分别安装了一号加速器传感器18和二号加速器传感器19；所述安装支架10上安装了三号加速器传感器20，且安装位置靠近所述主动齿轮16或从动齿轮17的部位；所述一号加速器传感器18、二号加速器传感器19和三号加速器传感器20的数据输出端均连接有数据采集系统24。加速度传感器主要用于采集驱动电机、中间传动齿轮和减速器的振动信息，作为单个零部件性能的评价指标，也是后续试验结果分析的原始数据。

所述负载9为偏心机构。所述第四联轴器8与负载9之间设有支撑传动轴的轴承22，输出轴中间安装在轴承22内圈上，保证系统平稳运行。

本发明的工作原理说明如下：

机械传动部分，首先按照齿轮传动组的一种传动方式安装传动系统，驱动电机提供的能量通过联轴器传到主动齿轮，然后传给以一定数量和一定啮合方式组成传动系统的从动齿轮，然后通过输出轴传给负载，实现一个开环系统。然后通过测试设备完成相关测试后将联轴器和安装支架拆除，将驱动电机直接连接主动齿轮，进行动力输入，并完成齿轮传动组的第二种传动结构下的试验测试。然后重复上述过程，通过安装使用不同结构的齿轮传动组得出不同条件下的测试数据，主要包括噪声数据和振动数据，最后将驱动电机独立运行，完成相应项目的测试。

数据采集部分，将加速度传感器贴到需要测试的部位，在数据采集模块中打开相应的通道，在空间规定位置安装声学测试设备，接通驱动电机电源，按开始命令使驱动电机按照预定的方式运行，打开声学测试设备和振动加速度数据采集模块开关进行数据采集，当系统完成多个周期循环运行后，结束采集。

通过前面的原理，本试验台可得到机器人传动系统在不同的匹配条件下的噪声数据和振动数据。通过不同的匹配条件所得到的噪声和振动信号对比，可确定主要噪声、振动源的位置以及产生这种噪声、振动的原因，方便传动系统性能的改善。所得到的噪声和振动数据可在试验后期的处理中进行分析，得到传动系统噪声和振动之间的相互关系，辅助性能测试。试验中噪声数据为传动系统的综合信号，振动数据为在系统运行中单个零部件的动态响应，通过数据分析可建立一套系统和系统中各元素间的对应机制，方便科研人员进行后续的研究。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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 (7)

1.一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，其特征在于：包括驱动电机(1)，驱动电机(1)通过第一联轴器(2)连接有第一扭矩转速传感器(3)，所述第一扭矩转速传感器(3)另一端通过第二联轴器(4)连接有变速系统(5)，所述变速系统(5)的输出侧通过第三联轴器(6)连接有第二扭矩转速传感器(7)，所述第二扭矩转速传感器(7)另一端通过第四联轴器(8)连接有负载(9)。

2.根据权利要求1所述的一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，其特征在于：所述变速系统(5)包括安装支架(10)，所述安装支架(10)内装配有机器人关节减速器(11)，所述机器人关节减速器(11)靠近输入端的一侧设有装配在安装支架(10)内的性能匹配区域(12)，所述性能匹配区域(12)包括传动齿轮组，所述传动齿轮组的输出端与机器人关节减速器(11)的输入轴相连。

3.根据权利要求1所述的一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，其特征在于：所述驱动电机(1)通过电机座(14)固定，所述第一扭矩转速传感器(3)、第二扭矩转速传感器(7)分别由支座(15)对应固定。

4.根据权利要求2所述的一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，其特征在于：所述驱动电机(1)、性能匹配区域(12)和机器人关节减速器(11)的侧部均匀布置有若干声学测试设备(21)。

5.根据权利要求2所述的一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，其特征在于：所述传动齿轮组包括与第二联轴器(4)相连的主动齿轮(16)和若干从动齿轮(17)，所述从动齿轮(17)中的最后一级的齿轮轴为所述性能匹配区域(12)的输出端。

6.根据权利要求5所述的一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，其特征在于：在所述驱动电机(1)和所述机器人关节减速器(11)的外壳上分别安装了一号加速器传感器(18)和二号加速器传感器(19)；所述安装支架(10)上安装了三号加速器传感器(20)，且安装位置靠近所述主动齿轮(16)或从动齿轮(17)的部位；所述一号加速器传感器(18)、二号加速器传感器(19)和三号加速器传感器(20)的数据输出端均连接有数据采集系统。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种机器人传动系统核心部件匹配性能试验系统，其特征在于：所述负载(9)为偏心机构。