CN107121282A - 一种谐波减速器精度回差测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐波减速器精度回差测试系统及测试方法，属于谐波减速器传动精度、回程误差测试技术领域。本发明目的旨在提供一种结构简单、使用方便、可操作性强的谐波减速器精度和回差自动测试系统及测试方法。精度回差测试系统，包括电机、电机端编码器、谐波端编码器、ARM控制器，谐波减速器，ARM控制器连接电机，电机连接电机端编码器及谐波减速器，谐波减速器连接谐波端编码器；所述测试方法为系统通电后，ARM控制器进入工作状态，并提供两种工作模式供用户选择。本发明提供的测试系统结构更简单，使用更方便，测试方法精度更高，尤其适合于谐波减速器出厂前检测使用。

Description

一种谐波减速器精度回差测试系统及测试方法

技术领域

本发明具体涉及一种谐波减速器精度回差测试系统及测试方法，属于谐波减速器传动精度、回程误差测试技术领域。

背景技术

谐波减速器由于具有体积小、传动比高、承载能力大、传动精度高等优点，已成为目前军工领域和机器人领域的重要传动部件。谐波减速器的回程误差直接影响到其使用效果，为保证产品质量，对谐波减速器进行出厂前的传动精度、回程误差进行检测则是一项必要的工作。传统的测试谐波减速器传动精度和回程误差的方法是在谐波减速器的输出端安装一个24面反光棱镜和激光发送/接收模块，通过人工手动方式进行检测。由于这种方法不仅检测效率较低，对检测人员的技术有一定要求，而且具有较大误差，无法反映传动精度、回程误差的真实情况。

为解决上述问题，中国发明专利CN 104359673 A，公开了一种谐波减速器传动链误差测量仪，虽然一定程度上解决了回程误差测量的问题，但是其采用的是脉冲相位比对法，测得的回差数值与实际值仍存在一定差异。

中国实用新型专利CN 203981399，公开了一种谐波减速器传动精度测试设备，该设备安装过于复杂，并且测试结果同样与实际值存在偏差。

发明内容

因此，针对现有技术的上述不足，本发明目的旨在提供一种结构简单、使用方便、可操作性强的谐波减速器精度和回差测试系统及其测试方法。

为达到以上目的，本发明的目的技术方案为：

具体的，谐波减速器精度回差测试系统，包括电机，所述电机为空心杯电机，所述谐波减速器精度回差测试系统还包括电机端编码器、谐波端编码器、ARM控制器、谐波减速器，ARM控制器连接空心杯电机，空心杯电机连接电机端编码器及谐波减速器，谐波减速器连接谐波端编码器；

其中，ARM控制器使用的是STM32开发板；空心杯电机使用的是24V空心杯电机，转速为10000r/min；电机端编码器和谐波端编码器使用的是光电式旋转编码器；方向控制模块使用的是L298N控制板；显示模块使用的是LCD液晶屏。

ARM控制器用于发送信号控制空心杯电机是否开始工作，以及接收电机端编码器和谐波端编码器反馈的脉冲信号；

空心杯电机用于提供系统工作的驱动力，同轴驱动谐波减速器和电机端编码器；

电机端编码器用于转变电机的动能为脉冲信号，并将脉冲信号反馈给ARM控制器；

谐波减速器用于将电机产生的动能按特定的减速比转变为减速动能，减速后输出带动谐波端编码器工作；

谐波端编码器用于将谐波减速器产生的减速动能转变为脉冲信号，并将脉冲信号反馈给ARM控制器。

进一步的，所述ARM控制器与空心杯电机之间连接方向控制模块，方向控制模块用于实现ARM控制器控制空心杯电机运转的方向，可以正向旋转或者反向旋转。

进一步的，所述ARM控制器的输入端连接蓝牙模块，蓝牙模块用于建立智能手机与ARM控制器之间的双向无线蓝牙通信链路，实现智能手机与ARM控制器之间的无线双向通信。

进一步的，所述ARM控制器的输出端连接显示模块，显示模块用于输出显示ARM控制器计算得到的谐波减速器的传动精度和回程误差。

进一步的，所述ARM控制器的输出端连接显示模块，显示模块用于输出显示ARM控制器计算得到的谐波减速器的传动精度和回程误差。

本发明还提供了一种利用上述谐波减速器精度回差测试系统实现的测试方法，具体的，所述方法为：

系统通电后，ARM控制器进入工作状态，并提供工作模式给用户选择，系统提供两种工作模式，即工作模式一和工作模式二，用户发送指令选择工作模式前，首先开启智能手机的蓝牙通信软件进行蓝牙搜索，并与蓝牙模块配对，二者配对成功后，智能手机发送手机指令，选择系统进入何种工作模式，当用户发送手机指令为1时，进入工作模式一；当用户发送手机指令为2时，进入工作模式二；否则，显示模块提示输入的指令有误，请重新输入正确的指令选择工作模式；

在工作模式一中，空心杯电机正向旋转一圈后，再反向旋转一圈，测试谐波减速器的传动精度和回差，具体地，ARM控制器接收到用户发送的工作指令后，驱动方向控制模块工作，方向控制模块控制空心杯电机正向旋转，同时，空心杯电机同轴驱动谐波减速器和电机端编码器工作，谐波减速器带动谐波端编码器工作；ARM控制器中的计数器开始计数，其中，第一计数器统计谐波端编码器产生的脉冲个数，第二计数器统计电机端编码器产生的脉冲个数，ARM控制器实时监测谐波端编码器产生的脉冲信号和电机端编码器产生的脉冲信号，此处以上升沿信号作为脉冲产生的依据，谐波端编码器和电机端编码器每产生1个上升沿信号，相应计数器的值增1，以此循环，当第一计数器的值大于预先设定的阈值时，分别对第一计数器和第二计数器清零，即系统加电后随机产生的脉冲个数清零，并从指定位置重新开始计数，此时谐波端编码器产生了1个上升沿信号，以此位置作为重新计数的起始位置，第一计数器和第二计数器分别开始计谐波端编码器和电机端编码器的脉冲信号个数，每当谐波端编码器产生1个上升沿信号时，第二计数器的当前值将被存储到ARM控制器的相应寄存器中，并对第二计数器清零后，重新计数，以此循环，当第一计数器的值超过谐波端编码器线数时，首先，第二计数器的当前值将被存储到ARM控制器的相应寄存器中，并对第二计数器清零；其次，方向控制模块驱动空心杯电机反向旋转，同理第二计数器计数得到电机端编码器在谐波端编码器每次产生上升沿信号时的脉冲信号个数，直到第二计数器的值超过谐波端编码器线数时为止，空心杯电机、谐波减速器、谐波端编码器和电机端编码器停止工作，将空心杯电机正向旋转时相应寄存器中的存储数据利用冒泡排序法计算得到最大的传动精度值，即谐波减速器的传动精度；将空心杯电机反向旋转时相应寄存器中的存储数据先反序排列，然后与空心杯电机正向旋转时相应寄存器中的存储数据对应计算得到最大回程误差，即谐波减速器的回差，

即谐波减速器的传动精度＝Max{|n_i-理论减速值|*系数}，谐波减速器的回差＝Max{|n_i’-n_i|*系数}；其中，n_i为谐波减速器正向旋转一圈产生360个采样点的i位置采样点的传动精度；与谐波减速器正向旋转一圈i位置传动精度相对应，n_i’为反向旋转时产生的i位置传动精度，

谐波减速器传动精度和回差计算完成后，将在显示模块中显示，

在工作模式二中，空心杯电机连续正向转动或反向转动，实时监测谐波减速器的传动精度变化，具体地，ARM控制器接收到用户发送的手机指令后，首先，驱动方向控制模块工作，然后，方向控制模块驱动空心杯电连续正向旋转或反向旋转运行，在空心杯电机连续运行的过程中，以谐波端编码器上升沿信号为依据，第一计数器开始计数，当第一计数器的值大于预先设定的阅值时，对第一计数器和第二计数器清零，并开始重新计数，即系统加电后随机产生的脉冲个数清零，并从指定位置重新开始计数，之后，ARM控制器捕获每次谐波端编码器产生上升沿信号时的第二计数器的数据并存储到寄存器中，并对比寄存器中前后两次存储的数据，保留较大的数据参与计算实时传动精度，并将计算结果在显示模块中实时显示出来，在空心杯电机连续运行的过程中，用户可以发送停止指令t，停止系统的工作。

本发明的有益效果在于：

本发明通过结构上的改进，设计了一种新型的谐波减速器精度回差测试系统，并提供了一种谐波减速器传动精度、回程误差的测试方法，通过使用空心杯电机、ARM控制器及两个光电编码器，实现了谐波减速器传动精度、回程误差的自动精准测试。相比于现有设备和方法，本发明提供的测试系统结构更简单，使用更方便，测试方法精度更高，尤其适合于谐波减速器出厂前检测使用。

附图说明

图1是本发明谐波减速器精度回差测试系统的工作原理图。

图2是本发明谐波减速器精度回差测试系统的结构示意图。

图3是本发明谐波减速器精度回差测试系统的电路结构图。

图4是本发明谐波减速器精度回差测试方法的流程图。

附图标记如下：

1-电机； 2-电机端编码器； 3-谐波端编码器；

4-ARM控制器； 5-谐波减速器； 6-方向控制模块；

7-智能手机； 8-蓝牙模块； 9-显示模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1所示，本发明提供一种谐波减速器精度回差测试系统，包括：电机1、电机端编码器2、谐波端编码器3、ARM控制器4，谐波减速器5。ARM控制器4连接电机1，电机1连接电机端编码器2和谐波减速器5，谐波减速器5连接谐波端编码器3，蓝牙模块8和显示模块9分别连接ARM控制器4；

其中，ARM控制器4用于发送信号控制电机1是否开始工作，以及接收电机端编码器2和谐波端编码器3反馈的脉冲信号；

电机1用于提供系统工作的驱动力，同轴驱动谐波减速器5和电机端编码器2；

电机端编码器2用于转变电机的动能为脉冲信号，并将脉冲信号反馈给ARM控制器4；

谐波减速器5用于将电机产生的动能按特定的减速比转变为减速动能，减速后输出带动谐波端编码器3工作；

谐波端编码器3用于将谐波减速器5产生的减速动能转变为脉冲信号，并将脉冲信号反馈给ARM控制器4。

进一步地，如图3所示，在ARM控制器4与电机1之间连接方向控制模块6；

其中，方向控制模块6用于实现ARM控制器控制电机1运转的方向，可以正向旋转或者反向旋转；

在ARM控制器4的输入端连接蓝牙模块8；

其中，蓝牙模块8用于建立智能手机7与ARM控制器4之间的双向无线蓝牙通信链路，实现智能手机7与ARM控制器4之间的无线双向通信，达到发送手机指令控制系统工作的目的；

在ARM控制器4的输出端连接显示模块9；

其中，显示模块9用于输出显示ARM控制器4计算得到的谐波减速器5的传动精度和回程误差。

在本实施例中，ARM控制器4使用的是STM32开发板；电机1使用的是24V空心杯电机(转速：10000r/min左右)；电机端编码器2和谐波端编码器3使用的是光电式旋转编码器；方向控制模块6使用的是L298N控制板；显示模块9使用的是LCD液晶屏。

如图4所示，本发明还提供了一种谐波减速器精度回差测试方法，工作过程为：

系统通电后，ARM控制器4进入工作状态，并提供工作模式给用户选择。系统提供两种工作模式，即工作模式1和工作模式2。用户发送指令选择工作模式前，首先需要开启智能手机7的蓝牙通信软件进行蓝牙搜索，并与蓝牙模块8配对。二者配对成功后，智能手机7便可以发送手机指令，选择系统进入何种工作模式。当用户发送手机指令为1时，进入工作模式1；当用户发送手机指令为2时，进入工作模式2；否则，显示模块9提示输入的指令有误，请重新输入正确的指令选择工作模式。

在工作模式1中，电机1正向旋转一圈后，再反向旋转一圈，测试谐波减速器5的传动精度和回差。具体地，ARM控制器4接收到用户发送的工作指令后，驱动方向控制模块6工作。方向控制模块6控制电机1正向旋转，同时，电机1同轴驱动谐波减速器5和电机端编码器2工作，谐波减速器5带动谐波端编码器3工作；ARM控制器4中的计数器开始计数，其中，计数器1统计谐波端编码器3产生的脉冲个数，计数器2统计电机端编码器2产生的脉冲个数。ARM控制器4实时监测谐波端编码器3产生的脉冲信号和电机端编码器2产生的脉冲信号，此处以上升沿信号作为脉冲产生的依据，谐波端编码器3和电机端编码器2每产生1个上升沿信号，相应计数器的值增1，以此循环。当计数器1的值大于预先设定的阈值5时，分别对计数器1和计数器2清零(即系统加电后随机产生的脉冲个数清零，并从指定位置重新开始计数)。由于此时谐波端编码器3产生了1个上升沿信号，以此位置作为重新计数的起始位置，计数器1和计数器2分别开始计谐波端编码器3和电机端编码器2的脉冲信号个数。每当谐波端编码器3产生1个上升沿信号时，计数器2的当前值将被存储到ARM控制器4的相应寄存器中，并对计数器2清零后，重新计数，以此循环。当计数器1的值超过谐波端编码器3线数时，首先，计数器2的当前值将被存储到ARM控制器4的相应寄存器中，并对计数器2清零；其次，方向控制模块6驱动电机1反向旋转，同理计数器2计数得到电机端编码器2在谐波端编码器3每次产生上升沿信号时的脉冲信号个数，直到计数器2的值超过谐波端编码器3线数时为止，电机1、谐波减速器5、谐波端编码器3和电机端编码器2停止工作。将电机1正向旋转时相应寄存器中的存储数据利用冒泡排序法计算得到最大的传动精度值，即谐波减速器5的传动精度；将电机1反向旋转时相应寄存器中的存储数据先反序排列，然后与电机1正向旋转时相应寄存器中的存储数据对应计算得到最大回程误差，即谐波减速器5的回差。

即谐波减速器5的传动精度＝Max{|n_i-理论减速值|*系数}，谐波减速器5的回差＝Max{|n_i’-n_i|*系数}；其中，n_i为谐波减速器5正向旋转一圈产生的360个采样点的i位置采样点的传动精度；n_i’为谐波减速器5反向旋转时产生的i位置传动精度，理论减速值由谐波减速器5的减速比决定(例如谐波减速器5的减速比为128∶1，则理论减速值为128)，系数由谐波减速器的型号决定(本实施例采用的系数为0.46875)。

谐波减速器5传动精度和回差计算完成后，将在显示模块9中显示。

在工作模式2中，电机1连续正向转动或反向转动，实时监测谐波减速器5的传动精度变化。具体地，ARM控制器4接收到用户发送的手机指令后，首先，驱动方向控制模块6工作。然后，方向控制模块6驱动电机1连续运行(正向旋转或反向旋转均可)。在电机1连续运行的过程中，以谐波端编码器3上升沿信号为依据，计算器1开始计数，当计数器1的值大于预先设定的阈值5时，对计数器1和计数器2清零，并开始重新计数(即系统加电后随机产生的脉冲个数清零，并从指定位置重新开始计数)。之后，ARM控制器4捕获每次谐波端编码器3产生上升沿信号时的计数器2的数据并存储到寄存器中，并对比寄存器中前后两次存储的数据，保留较大的数据参与计算实时传动精度，并将计算结果在显示模块9中实时显示出来。在此过程中，用户可以发送停止指令t，停止系统的工作。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种谐波减速器精度回差测试系统，包括电机，其特征在于，所述电机为空心杯电机，所述谐波减速器精度回差测试系统还包括电机端编码器、谐波端编码器、ARM控制器、谐波减速器，ARM控制器连接空心杯电机，空心杯电机连接电机端编码器及谐波减速器，谐波减速器连接谐波端编码器；

其中，ARM控制器用于发送信号控制空心杯电机是否开始工作，以及接收电机端编码器和谐波端编码器反馈的脉冲信号；

空心杯电机用于提供系统工作的驱动力，同轴驱动谐波减速器和电机端编码器；

电机端编码器用于转变电机的动能为脉冲信号，并将脉冲信号反馈给ARM控制器；

谐波减速器用于将电机产生的动能按特定的减速比转变为减速动能，减速后输出带动谐波端编码器工作；

谐波端编码器用于将谐波减速器产生的减速动能转变为脉冲信号，并将脉冲信号反馈给ARM控制器。

2.如权利要求1所述的谐波减速器精度回差测试系统，其特征在于，所述ARM控制器与空心杯电机之间连接方向控制模块，方向控制模块用于实现ARM控制器控制空心杯电机运转的方向，可以正向旋转或者反向旋转。

3.如权利要求1所述的谐波减速器精度回差测试系统，其特征在于，所述ARM控制器的输入端连接蓝牙模块，蓝牙模块用于建立智能手机与ARM控制器之间的双向无线蓝牙通信链路，实现智能手机与ARM控制器之间的无线双向通信。

4.如权利要求1所述的谐波减速器精度回差测试系统，其特征在于，所述ARM控制器的输出端连接显示模块，显示模块用于输出显示ARM控制器计算得到的谐波减速器的传动精度和回程误差。

5.如权利要求1所述的谐波减速器精度回差测试系统，其特征在于，所述ARM控制器使用的是STM32开发板；空心杯电机使用的是24V空心杯电机，转速为10000r/min；电机端编码器和谐波端编码器使用的是光电式旋转编码器；方向控制模块使用的是L298N控制板；显示模块使用的是LCD液晶屏。

6.一种利用权利要求1至5任一项所述的谐波减速器精度回差测试系统实现的谐波减速器精度回差测试方法，其特征在于，所述方法为：

系统通电后，ARM控制器进入工作状态，并提供工作模式给用户选择，系统提供两种工作模式，即工作模式一和工作模式二，用户发送指令选择工作模式前，首先开启智能手机的蓝牙通信软件进行蓝牙搜索，并与蓝牙模块配对，二者配对成功后，智能手机发送手机指令，选择系统进入何种工作模式，当用户发送手机指令为1时，进入工作模式一；当用户发送手机指令为2时，进入工作模式二；否则，显示模块提示输入的指令有误，请重新输入正确的指令选择工作模式；

在工作模式一中，空心杯电机正向旋转一圈后，再反向旋转一圈，测试谐波减速器的传动精度和回差，具体地，ARM控制器接收到用户发送的工作指令后，驱动方向控制模块工作，方向控制模块控制空心杯电机正向旋转，同时，空心杯电机同轴驱动谐波减速器和电机端编码器工作，谐波减速器带动谐波端编码器工作；ARM控制器中的计数器开始计数，其中，第一计数器统计谐波端编码器产生的脉冲个数，第二计数器统计电机端编码器产生的脉冲个数，ARM控制器实时监测谐波端编码器产生的脉冲信号和电机端编码器产生的脉冲信号，此处以上升沿信号作为脉冲产生的依据，谐波端编码器和电机端编码器每产生1个上升沿信号，相应计数器的值增1，以此循环，当第一计数器的值大于预先设定的阈值时，分别对第一计数器和第二计数器清零，即系统加电后随机产生的脉冲个数清零，并从指定位置重新开始计数，此时谐波端编码器产生了1个上升沿信号，以此位置作为重新计数的起始位置，第一计数器和第二计数器分别开始计谐波端编码器和电机端编码器的脉冲信号个数，每当谐波端编码器产生1个上升沿信号时，第二计数器的当前值将被存储到ARM控制器的相应寄存器中，并对第二计数器清零后，重新计数，以此循环，当第一计数器的值超过谐波端编码器线数时，首先，第二计数器的当前值将被存储到ARM控制器的相应寄存器中，并对第二计数器清零；其次，方向控制模块驱动空心杯电机反向旋转，同理第二计数器计数得到电机端编码器在谐波端编码器每次产生上升沿信号时的脉冲信号个数，直到第二计数器的值超过谐波端编码器线数时为止，空心杯电机、谐波减速器、谐波端编码器和电机端编码器停止工作，将空心杯电机正向旋转时相应寄存器中的存储数据利用冒泡排序法计算得到最大的传动精度值，即谐波减速器的传动精度；将空心杯电机反向旋转时相应寄存器中的存储数据先反序排列，然后与空心杯电机正向旋转时相应寄存器中的存储数据对应计算得到最大回程误差，即谐波减速器的回差，

即谐波减速器的传动精度＝Max{|n_i-理论减速值|*系数}，谐波减速器的回差＝Max{|n_i’-n_i|*系数}；其中，n_i为谐波减速器正向旋转一圈产生360个采样点的i位置采样点的传动精度；与谐波减速器正向旋转一圈i位置传动精度相对应，n_i’为反向旋转时产生的i位置传动精度，

谐波减速器传动精度和回差计算完成后，将在显示模块中显示，

在工作模式二中，空心杯电机连续正向转动或反向转动，实时监测谐波减速器的传动精度变化，具体地，ARM控制器接收到用户发送的手机指令后，首先，驱动方向控制模块工作，然后，方向控制模块驱动空心杯电连续正向旋转或反向旋转运行，在空心杯电机连续运行的过程中，以谐波端编码器上升沿信号为依据，第一计数器开始计数，当第一计数器的值大于预先设定的阈值时，对第一计数器和第二计数器清零，并开始重新计数，即系统加电后随机产生的脉冲个数清零，并从指定位置重新开始计数，之后，ARM控制器捕获每次谐波端编码器产生上升沿信号时的第二计数器的数据并存储到寄存器中，并对比寄存器中前后两次存储的数据，保留较大的数据参与计算实时传动精度，并将计算结果在显示模块中实时显示出来，在空心杯电机连续运行的过程中，用户可以发送停止指令t，停止系统的工作。