CN107300443B - 一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台，包括承载基座、工作台、控制电路、转速传感器、电磁制动器、压力传感器、传动轴、制动盘、电加热装置、制冷机组、蓄水箱、喷淋泵、引流风机、出风口和喷淋口及伺服驱动装置，其试验方法包括设备组装，静态检测，动态检测及综合计算等四个步骤。本发明设备结构简单，通用性强，可操作性强，数据检测精度高，运行仿真性能好，可有效的获得伺服电机在不同工作环境下的制动力矩的可靠参数，从而达到提高伺服电机运行可靠性和控制准确性的目的。

Description

一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台及试验方法，属伺服驱动技术领域。

背景技术

目前伺服电机在众多的工业驱动及控制设备中均有着极为广泛的应用，但在对伺服电机的实际使用中发现，由于伺服电机运行环境不同，高温、低温结冰等环境均会对伺服电机设备制动能力造成较大影响，从而在导致伺服电机控制精度下降的同时，也导致了伺服电机运行的安全性和可靠性严重下降，而针对这一问题，当前在伺服电机生产和使用时，均是直接通过伺服电机铭牌上的参数作为电动机控制基准，因此用户不能根据各自使用情况，灵活掌握伺服电机有效的制动力矩，从而导致当前的伺服驱动系统在实际运行中均不同程度的存在控制精度不足等现象，严重时甚至引发严重的安全事故，而针对这一问题，当前尚无专业有效的针对伺服电机制动力矩检测试验装置和试验方法，因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的伺服电机制动力矩检测装置和方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台及试验方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台，包括承载基座、工作台、控制电路、转速传感器、电磁制动器、压力传感器、传动轴、制动盘、电加热装置、制冷机组、蓄水箱、喷淋泵、引流风机、出风口和喷淋口及伺服驱动装置，承载基座为横截面为矩形的密闭腔体结构，承载基座内设至少一条隔板，并通过隔板将承载基座内部分割为至少两个承载腔，工作台通过升降驱动机构与承载基座上端面连接，且工作台、升降驱动机构及承载基座间相互同轴分布，工作台上表面均布若干导向轨，且各导向轨均嵌于工作台上表面，传动轴通过两个轴承座安装在工作台上表面，轴承座下端面与导向轨滑动连接，传动轴和轴承座同轴分布并与工作台上表面平行分布，制动盘安装在传动轴上，并与传动轴同轴分布，且制动盘位于两轴承座之间位置，所述的电磁制动器、转速传感器、出风口和喷淋口均通过导向轨与工作台上表面滑动连接，其中电磁制动器与制动盘外表面相抵，出风口和喷淋口均至少一个，并以制动盘轴线对称分布，且出风口和喷淋口轴线与制动盘表面呈45°—90°夹角，转速传感器位于传动轴末端，并与传动轴相互连接，传动轴前端设联轴器，电加热装置至少一个并嵌于制动盘内，压力传感器至少一个，并位于电磁制动器与制动盘接触面处，制冷机组、蓄水箱、喷淋泵、引流风机、控制电路和伺服驱动装置均通过承载腔嵌于承载基座内，其中制冷机组通过引流风机与出风口相互连通，蓄水箱通过喷淋泵与喷淋口相互连通，控制电路分别与转速传感器、电磁制动器、压力传感器、电加热装置、制冷机组、喷淋泵、引流风机和伺服驱动装置电气连接，其中伺服驱动装置设至少一个接线端子，且所述的接线端子嵌于工作台上表面。

进一步的，所述的电加热装置为微波加热装置、远红外线加热装置及电阻加热装置中的一个。

进一步的，所述的控制电路为基于FPGA芯片组的自动控制电路，且控制电路中另设无线数据通讯模块。

一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台的试验方法，包括如下步骤：

第一步，设备组装，首先将待检测的伺服电机通过导向轨安装到工作台上，并使待检测的伺服电机通过联轴器与传动轴相互连接，同时将待检测的伺服电机与伺服驱动装置的接线端子相互连接；

第二步，静态检测，完成第一步作业后，首先根据待检测的伺服电机铭牌参数，调整电磁制动器对制动盘的制动力，使制动力与待检测的伺服电机铭牌参数一致，并通过压力传感器对电磁制动器的制动力进行检测，然后由伺服驱动装置为待检测的伺服电机提供驱动电流，且所提供的驱动电流在10—120秒内逐步达到待检测的伺服电机运行额定电流，在驱动电流增加过程中，通过转速传感器对传动轴的转速进行检测，同时通过压力传感器对制动力变化进行检测，且当驱动电流达到额定电流后，驱动轴未发生转动，则说明实际制动力矩大于当前检测制动力矩，并在保持驱动电流不变情况下，匀速减小电磁制动器的制动力，并直至传动轴开始发生转动位移时，则记录下当前的制动力值，并以该值作为待检测的伺服电机的第一制动力矩，然后关闭电磁制动器和伺服驱动装置；

第三步，动态检测，完成第二步作业后，将第一制动力矩作为驱动电磁制动器运行的参数，然后由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴运行，并在传动轴转速稳定后，由电磁制动器在1-3秒内向制动盘施加第一制动力矩，并在制动力达到最大后对传动轴进行计时，记录下传动轴从最大转速到0转速间的时间，并以此时间作为制动时间，然后松开电磁制动器，再次由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴运行，并同时由电加热装置将制动盘加热到80℃—150℃，并在传动轴转速均匀且制动盘温度均匀后，由电磁制动器在1-3秒内向制动盘施加制动力，并使传动轴在制动时间内转速从最大下降至0转速，并对此时的制动力进行记录作为第二制动力，然后松开电磁制动器，由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴运行并在制动盘温度自然冷却至常温后，通过出风口和喷淋口向制动盘表面喷淋温度为-10℃—0℃的低温空气和温度为0℃—40℃的液态水，并直至制动盘表面温度达到-10℃—0℃且制动盘表面有结冰现象后，由电磁制动器在1-3秒内向制动盘施加制动力，并使传动轴在制动时间内转速从最大下降至0转速，并对此时的制动力进行记录作为第三制动力；

第四步，综合计算，完成第三步作业后，分别将第一制动力、第二制动力和第三制动力计算并得到第一制动力、第二制动力和第三制动力的平均数，则此平均数则为待检测的伺服电机的实际制动力，并将计算得到的实际制动力与待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩进行比对，若计算得到的实际制动力矩大于待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩，则说明待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩不能满足实际使用需要，若计算得到的实际制动力矩小于待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩，则说明待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩可以有效满足实际使用需要。

本发明设备结构简单，通用性强，可操作性强，数据检测精度高，运行仿真性能好，可有效的获得伺服电机在不同工作环境下的制动力矩的可靠参数，从而达到提高伺服电机运行可靠性和控制准确性的目的。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

如图1所示一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台，包括承载基座1、工作台2、控制电路3、转速传感器4、电磁制动器5、压力传感器6、传动轴7、制动盘8、电加热装置10、制冷机组9、蓄水箱11、喷淋泵12、引流风机13、出风口14和喷淋口15及伺服驱动装置16，承载基座1为横截面为矩形的密闭腔体结构，承载基座1内设至少一条隔板17，并通过隔板17将承载基座1内部分割为至少两个承载腔18，工作台2通过升降驱动机构19与承载基座1上端面连接，且工作台2、升降驱动机构19及承载基座1间相互同轴分布，工作台2上表面均布若干导向轨20，且各导向轨20均嵌于工作台2上表面，传动轴7通过两个轴承座21安装在工作台2上表面，轴承座21下端面与导向轨20滑动连接，传动轴7和轴承座21同轴分布并与工作台2上表面平行分布，制动盘8安装在传动轴7上，并与传动轴7同轴分布，且制动盘8位于两轴承座21之间位置，电磁制动器5、转速传感器4、出风口14和喷淋口15均通过导向轨20与工作台2上表面滑动连接，其中电磁制动器5与制动盘8外表面相抵，出风口14和喷淋口15均至少一个，并以制动盘8轴线对称分布，且出风口14和喷淋口15轴线与制动盘8表面呈45°—90°夹角，转速传感器4位于传动轴7末端，并与传动轴7相互连接，传动轴7前端设联轴器22，电加热装置10至少一个并嵌于制动盘8内，压力传感器6至少一个，并位于电磁制动器5与制动盘8接触面处，制冷机组9、蓄水箱11、喷淋泵12、引流风机13、控制电路3和伺服驱动装置16均通过承载腔18嵌于承载基座1内，其中制冷机组9通过引流风机13与出风口14相互连通，蓄水箱11通过喷淋泵12与喷淋口15相互连通，控制电路3分别与转速传感器4、电磁制动器5、压力传感器6、电加热装置10、制冷机组9、喷淋泵12、引流风机13和伺服驱动装置16电气连接，其中伺服驱动装置16设至少一个接线端子23，且接线端子23嵌于工作台2上表面。

本实施例中，所述的电加热装置10为微波加热装置、远红外线加热装置及电阻加热装置中的一个。

本实施例中，所述的控制电路3为基于FPGA芯片组的自动控制电路3，且控制电路3中另设无线数据通讯模块。

如图2所示，一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台的试验方法，包括如下步骤：

第一步，设备组装，首先将待检测的伺服电机通过导向轨安装到工作台2上，并使待检测的伺服电机通过联轴器与传动轴7相互连接，同时将待检测的伺服电机与伺服驱动装置的接线端子相互连接；

第二步，静态检测，完成第一步作业后，首先根据待检测的伺服电机铭牌参数，调整电磁制动器5对制动盘8的制动力，使制动力与待检测的伺服电机铭牌参数一致，并通过压力传感器6对电磁制动器5的制动力进行检测，然后由伺服驱动装置为待检测的伺服电机提供驱动电流，且所提供的驱动电流在10—120秒内逐步达到待检测的伺服电机运行额定电流，在驱动电流增加过程中，通过转速传感器4对传动轴7的转速进行检测，同时通过压力传感器6对制动力变化进行检测，且当驱动电流达到额定电流后，驱动轴未发生转动，则说明实际制动力矩大于当前检测制动力矩，并在保持驱动电流不变情况下，匀速减小电磁制动器5的制动力，并直至传动轴7开始发生转动位移时，则记录下当前的制动力值，并以该值作为待检测的伺服电机的第一制动力矩，然后关闭电磁制动器5和伺服驱动装置；

第三步，动态检测，完成第二步作业后，将第一制动力矩作为驱动电磁制动器5运行的参数，然后由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴7运行，并在传动轴7转速稳定后，由电磁制动器5在1-3秒内向制动盘8施加第一制动力矩，并在制动力达到最大后对传动轴7进行计时，记录下传动轴7从最大转速到0转速间的时间，并以此时间作为制动时间，然后松开电磁制动器5，再次由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴7运行，并同时由电加热装置10将制动盘8加热到80℃—150℃，并在传动轴7转速均匀且制动盘8温度均匀后，由电磁制动器5在1-3秒内向制动盘8施加制动力，并使传动轴7在制动时间内转速从最大下降至0转速，并对此时的制动力进行记录作为第二制动力，然后松开电磁制动器5，由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴7运行并在制动盘8温度自然冷却至常温后，通过出风口和喷淋口向制动盘8表面喷淋温度为-10℃—0℃的低温空气和温度为0℃—40℃的液态水，并直至制动盘8表面温度达到-10℃—0℃且制动盘8表面有结冰现象后，由电磁制动器5在1-3秒内向制动盘8施加制动力，并使传动轴7在制动时间内转速从最大下降至0转速，并对此时的制动力进行记录作为第三制动力；

第四步，综合计算，完成第三步作业后，分别将第一制动力、第二制动力和第三制动力计算并得到第一制动力、第二制动力和第三制动力的平均数，则此平均数则为待检测的伺服电机的实际制动力，并将计算得到的实际制动力与待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩进行比对，若计算得到的实际制动力矩大于待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩，则说明待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩不能满足实际使用需要，若计算得到的实际制动力矩小于待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩，则说明待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩可以有效满足实际使用需要。

本发明设备结构简单，通用性强，可操作性强，数据检测精度高，运行仿真性能好，可有效的获得伺服电机在不同工作环境下的制动力矩的可靠参数，从而达到提高伺服电机运行可靠性和控制准确性的目的。

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 (4)

1.一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台，其特征在于：所述工业机器人伺服电机制动力矩试验台包括承载基座、工作台、控制电路、转速传感器、电磁制动器、压力传感器、传动轴、制动盘、电加热装置、制冷机组、蓄水箱、喷淋泵、引流风机、出风口和喷淋口及伺服驱动装置，所述的承载基座为横截面为矩形的密闭腔体结构，承载基座内设至少一条隔板，并通过隔板将承载基座内部分割为至少两个承载腔，所述的工作台通过升降驱动机构与承载基座上端面连接，且所述的工作台、升降驱动机构及承载基座间相互同轴分布，所述的工作台上表面均布若干导向轨，且各导向轨均嵌于工作台上表面，所述的传动轴通过两个轴承座安装在工作台上表面，所述的轴承座下端面与导向轨滑动连接，所述的传动轴和轴承座同轴分布并与工作台上表面平行分布，所述的制动盘安装在传动轴上，并与传动轴同轴分布，且所述的制动盘位于两轴承座之间位置，所述的电磁制动器、转速传感器、出风口和喷淋口均通过导向轨与工作台上表面滑动连接，其中所述的电磁制动器与制动盘外表面相抵，所述的出风口和喷淋口均至少一个，并以制动盘轴线对称分布，且出风口和喷淋口轴线与制动盘表面呈45°—90°夹角，所述的转速传感器位于传动轴末端，并与传动轴相互连接，所述的传动轴前端设联轴器，所述的电加热装置至少一个并嵌于制动盘内，所述的压力传感器至少一个，并位于电磁制动器与制动盘接触面处，所述的制冷机组、蓄水箱、喷淋泵、引流风机、控制电路和伺服驱动装置均通过承载腔嵌于承载基座内，其中所述的制冷机组通过引流风机与出风口相互连通，蓄水箱通过喷淋泵与喷淋口相互连通，所述的控制电路分别与转速传感器、电磁制动器、压力传感器、电加热装置、制冷机组、喷淋泵、引流风机和伺服驱动装置电气连接，其所述的伺服驱动装置设至少一个接线端子，且所述的接线端子嵌于工作台上表面。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台，其特征在于：所述的电加热装置为微波加热装置、远红外线加热装置及电阻加热装置中的一个。

3.根据权利要求1所述的一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台，其特征在于：所述的控制电路为基于FPGA芯片组的自动控制电路，且控制电路中另设无线数据通讯模块。

4.一种工业机器人伺服电机制动力矩试验台的试验方法，其特征在于：所述工业机器人伺服电机制动力矩试验台的试验方法包括如下步骤：

第一步，设备组装，首先将待检测的伺服电机通过导向轨安装到工作台上，并使待检测的伺服电机通过联轴器与传动轴相互连接，同时将待检测的伺服电机与伺服驱动装置的接线端子相互连接；

第二步，静态检测，完成第一步作业后，首先根据待检测的伺服电机铭牌参数，调整电磁制动器对制动盘的制动力，使制动力与待检测的伺服电机铭牌参数一致，并通过压力传感器对电磁制动器的制动力进行检测，然后由伺服驱动装置为待检测的伺服电机提供驱动电流，且所提供的驱动电流在10—120秒内逐步达到待检测的伺服电机运行额定电流，在驱动电流增加过程中，通过转速传感器对传动轴的转速进行检测，同时通过压力传感器对制动力变化进行检测，且当驱动电流达到额定电流后，驱动轴未发生转动，则说明实际制动力矩大于当前检测制动力矩，并在保持驱动电流不变情况下，匀速减小电磁制动器的制动力，并直至传动轴开始发生转动位移时，则记录下当前的制动力值，并以该值作为待检测的伺服电机的第一制动力矩，然后关闭电磁制动器和伺服驱动装置；

第三步，动态检测，完成第二步作业后，将第一制动力矩作为驱动电磁制动器运行的参数，然后由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴运行，并在传动轴转速稳定后，由电磁制动器在1-3秒内向制动盘施加第一制动力矩，并在制动力达到最大后对传动轴进行计时，记录下传动轴从最大转速到0转速间的时间，并以此时间作为制动时间，然后松开电磁制动器，再次由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴运行，并同时由电加热装置将制动盘加热到80℃—150℃，并在传动轴转速均匀且制动盘温度均匀后，由电磁制动器在1-3秒内向制动盘施加制动力，并使传动轴在制动时间内转速从最大下降至0转速，并对此时的制动力进行记录作为第二制动力，然后松开电磁制动器，由伺服驱动装置在待检测的伺服电机额定电流驱动作用下驱动待检测的伺服电机和传动轴运行并在制动盘温度自然冷却至常温后，通过出风口和喷淋口向制动盘表面喷淋温度为-10℃—0℃的低温空气和温度为0℃—40℃的液态水，并直至制动盘表面温度达到-10℃—0℃且制动盘表面有结冰现象后，由电磁制动器在1-3秒内向制动盘施加制动力，并使传动轴在制动时间内转速从最大下降至0转速，并对此时的制动力进行记录作为第三制动力；

第四步，综合计算，完成第三步作业后，分别将第一制动力、第二制动力和第三制动力计算并得到第一制动力、第二制动力和第三制动力的平均数，则此平均数则为待检测的伺服电机的实际制动力，并将计算得到的实际制动力与待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩进行比对，若计算得到的实际制动力矩大于待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩，则说明待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩不能满足实际使用需要，若计算得到的实际制动力矩小于待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩，则说明待检测的伺服电机铭牌参数制动力矩可以有效满足实际使用需要。