CN108007686A - 一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法 - Google Patents
一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，该分析测试方法主要通过测试传动效率这一性能指标来反映整个测试平台精度，根据谐波减速机传动效率测试原理，考虑转矩转、速测量重复性引入的不确定度，数显仪器读数分辨率引入的不确定度，转矩、转速传感器准确度引入的不确定度，数据修约引入的不确定度因素的影响，根据不确定的传播规律，建立测试平台的测量不确定度模型，结合不确定度计算模型，计算分析谐波减速机测试平台的测量不确定度，进而可在试验中完成测试平台的动态调节。
Description
技术领域
本发明涉及减速机产品技术领域，具体涉及一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法。
背景技术
谐波减速机是一种依据弹性薄壳变形实现运动及力传递的刚柔混合传动机构，同时，还具有齿轮传动的特点。谐波减速机具有结构简单、传动比大、传动稳定而且精度高、回差小的优点。目前已经广泛应用于航空航天、工业机器人、医疗设备、雷达、光学制造、食品加工机械、造纸机械、核设施等精密传动领域，由于其传动机理的一些特色及其结构的特点，其传动机理比普通齿轮传动要复杂，受力状态研究也比普通齿轮繁琐，谐波减速机精确的传动理论还不完善，还没有一个精确的模型能够对谐波减速器测试平台精度进行精确的分析计算，仅仅依靠简化的模型进行评估，这就造成了目前国内外谐波减速机厂家关于谐波减速机的性能等指标与实际使用情况存在较大误差的问题，从而使客户形成了谐波减速机质量差，不可靠的关键，极大的限制了具有诸多优点的谐波减速机应用范围。而且从谐波减速机柔轮、钢轮及凸轮的设计，从零部件的制造加工到整机的装配，都会给谐波减速机带来不同程度的传动误差，影响减速机的精度。
因此，本领域技术人员致力研究一种能够满足测试谐波减速机精度的流程，以此来为谐波减速机的改进设计提供理论和数据支撑。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，该分析测试方法主要通过测试传动效率这一性能指标来反映整个测试平台精度。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，所的分析测试方法包括下列步骤：
S1、确定测试平台的不确定度来源，其中，所述的不确定度来源包括：转矩转速测量重复性引入的不确定度、数显仪器读数分辨率引入的不确定度、转矩转速传感器准确度引入的不确定度、数据修约引入的不确定度，得到传动效率误差的数学模型设为：
δη＝δη1+δη2+δη3+δη4
式中δη为传动效率误差，相对合成不确定度设为Uc；δη1由T2、T1、n2和n1引起对效率测量误差，相对标准不确定度分量设为U1；δη2为仪表读数分辨率对效率测量的影响，相对标准不确定度分量设为U2；δη3为转矩转速传感器准确度等级对效率测量的影响，相对标准不确定度分量设为U3；δη4为数据修约的影响，相对标准不确定度分量设为U4；其中T1为输入轴转矩理论值，T2为减速器的输出转矩，n2为输出轴转速理论值，n1为传感器输入轴转速理论值；
S2、通过独立循环重复测试，根据采集的数据，利用数理统计分析处理得出转矩转速测量重复性引入的不确定度；
S3、分析处理得出数显仪器读数分辨率引入的不确定度；
S4、分析处理得出转矩转速传感器准确度引入的不确定度；
S5、分析处理得出数据修约引入的不确定度；
S6、根据所计算的结果，分析得出机器人谐波减速机测试平台精度与上述因素的之间的关系，并以数学表达式的形式将上述因素视作变量，机器人谐波减速机测试平台精度作为因变量，进而可定量化的描述它们之间的变化规律，从而建立测试平台的测量不确定度模型，
则相对扩展不确定度Uext，其中k为扩展因子，Uη为合成不确定度，为传动效率均值。
Uext＝kUη
S7、根据测试平台的测量不确定度模型，计算分析谐波减速机测试平台的测量不确定度。
进一步地，所述的步骤S2具体如下：
根据所采用的测试方法，由输入输出扭矩传感器两测试仪器测定的减速机转矩标准误差和转速标准误差应满足：
式中：为传感器2测定的输出轴转矩标准误差，单位Nm；为传感器1测定的输入轴转矩标准误差，单位Nm；为传感器2测定的输出轴转速标准误差，单位r/min；传感器1测定的输入轴转速标准误差，单位r/min。
进一步地，所述的步骤S3具体如下：
仪表读数分辨率引起的相对标准不确定度分量U2由下式确定:
U21、U22、U23、U24分别表示数显仪器的分辨力引起的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速相对不确定度，分别由下式确定：
ΔT1、ΔT2、Δn1、Δn2分别表示数显仪器的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速的分辨力。
进一步地，所述的步骤S4具体如下：
查转矩转速传感器使用说明书，确定准确度DOA按均匀分布估计，转矩转速传感器准确度引起的相对不确定度为：
进一步地，所述的步骤S5具体如下：
根据数据修约采用四舍五入规则，其修约误差为估读值的1/2，遵从均匀分布，其相对不确定度分量为：
ΔT1、ΔT2、Δn1、Δn2分别表示数显仪器的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速的分辨力，为传感器输入轴转速理论值，为输出轴转速理论值。
进一步地，所述的扩展因子k＝2，
相对扩展不确定度Uext定义如下：Uext＝2Uη。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1)本发明方法引入了转矩、转速测量重复性引入的不确定度，数显仪器读数分辨率引入的不确定度，转矩、转速传感器准确度引入的不确定度，数据修约引入的不确定度等因素的影响，建立测试系统的测量不确定度模型，结合不确定度计算模型，计算分析谐波减速机测试系统的测量不确定度。
2)本发明可实现测试系统在试验中进行动态调解，有效提高了机器人谐波减速机测试平台精度分析的实时性和准确性。
附图说明
图1是不确定度模型建立流程，即不确定度模型建立所需要考虑的不确定度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
为更好的得到精确的测试数据，本实施例的测试系统需考虑到各种不确定度因素的影响，其中不确定度来源有：转矩转速测量重复性引入的不确定度、数显仪器读数分辨率引入的不确定度、转矩转速传感器准确度引入的不确定度、数据修约引入的不确定度。由于实验条件对温度无特殊要求，温度效应引入的不确定度可忽略不计。被测减速机与传感器安装时的同轴度应确保转矩转速传感器满足其准确度要求，故其影响量可忽略。因此要保证本测试系统测试精度的准确性，关键要解决的就是研究不确定的传播规律，建立其相关模型，进而可对其在试验中动态调节。
本实施例公开的一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，主要包括以下步骤：
S1、考虑各种因素的影响，不确定度来源包括：转矩转速测量重复性引入的不确定度、数显仪器读数分辨率引入的不确定度、转矩转速传感器准确度引入的不确定度、数据修约引入的不确定度、温度效应引入的不确定度、被测样机安装同轴度引入的不确定度。得到传动效率误差的数学模型设为：
δη＝δη1+δη2+δη3+δη4
式中δη为传动效率误差，相对合成不确定度设为Uc；δη1由T2、T1、n2和n1(其中T1：输入轴转矩理论值，T2：减速器的输出转矩，n2：输出轴转速理论值，n1：传感器输入轴转速理论值)引起对效率测量误差，相对标准不确定度分量设为U1；δη2为仪表读数分辨率对效率测量的影响，相对标准不确定度分量设为U2；δη3为转矩转速传感器准确度等级对效率测量的影响，相对标准不确定度分量设为U3；δη4为数据修约的影响，相对标准不确定度分量设为U4。
S2、通过独立循环重复测试，根据采集的数据，利用数理统计分析处理得出：转矩、转速测量重复性引入的不确定度。
根据所采用的测试方法，由输入输出扭矩传感器两测试仪器测定的减速机转矩标准误差和转速标准误差应满足：
式中：为传感器2测定的输出轴转矩标准误差，单位Nm；为传感器1测定的输入轴转矩标准误差，单位Nm；为传感器2测定的输出轴转速标准误差，单位r/min；传感器1测定的输入轴转速标准误差，单位r/min。
S3、分析处理得出数显仪器读数分辨率引入的不确定度。
仪表读数分辨率引起的相对标准不确定度分量U2由下式确定:
U21、U22、U23、U24分别表示数显仪器的分辨力引起的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速相对不确定度，分别由下式确定：
ΔT1、ΔT2、Δn1、Δn2分别表示数显仪器的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速的分辨力。
S4、分析处理得出转矩、转速传感器准确度引入的不确定度。
查转矩转速传感器使用说明书，确定准确度DOA(degree of accuracy)，按均匀分布估计，转矩转速传感器准确度引起的相对不确定度为:
S5、分析处理得出数据修约引入的不确定度。
由于数据修约采用四舍五入规则，其修约误差为估读值(分辨力的1/5)的1/2，遵从均匀分布。其相对不确定度分量为：
ΔT1、ΔT2、Δn1、Δn2分别表示数显仪器的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速的分辨力，传感器输入轴转速理论值，输出轴转速理论值。
S6、根据所计算的结果，分析得出机器人谐波减速机测试平台精度与上述因素的之间的关系，并以数学表达式的形式将上述因素视作变量，机器人谐波减速机测试平台精度作为因变量，进而可定量化的描述它们之间的变化规律，从而建立测试平台的测量不确定度模型。
取扩展因子k＝2，则相对扩展不确定度Uext
Uext＝2Uη
S7、根据谐波减速机传动效率测试原理，考虑转矩转、速测量重复性引入的不确定度，数显仪器读数分辨率引入的不确定度，转矩、转速传感器准确度引入的不确定度，数据修约引入的不确定度等因素的影响，建立测试平台的测量不确定度模型，结合不确定度计算模型，计算分析谐波减速机测试平台的测量不确定度。
综上所述，本实施例为了保证本测试平台测试精度的准确性，对转矩转速测量重复性引入的不确定度，数显仪器读数分辨率引入的不确定度，转矩转速传感器准确度引入的不确定度，数据修约引入的不确定度进行了研究。根据不确定的传播规律，建立不确定度模型，结合不确定度计算模型，得到了该测试平台的测量不确定度，进而可在试验中完成测试平台的动态调节。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，其特征在于，所的分析测试方法包括下列步骤：
S1、确定测试平台的不确定度来源，其中，所述的不确定度来源包括：转矩转速测量重复性引入的不确定度、数显仪器读数分辨率引入的不确定度、转矩转速传感器准确度引入的不确定度、数据修约引入的不确定度，得到传动效率误差的数学模型设为：
δη＝δη1+δη2+δη3+δη4
式中δη为传动效率误差，相对合成不确定度设为Uc；δη1由T2、T1、n2和n1引起对效率测量误差，相对标准不确定度分量设为U1；δη2为仪表读数分辨率对效率测量的影响，相对标准不确定度分量设为U2；δη3为转矩转速传感器准确度等级对效率测量的影响，相对标准不确定度分量设为U3；δη4为数据修约的影响，相对标准不确定度分量设为U4；其中T1为输入轴转矩理论值，T2为减速器的输出转矩，n2为输出轴转速理论值，n1为传感器输入轴转速理论值；
S2、通过独立循环重复测试，根据采集的数据，利用数理统计分析处理得出转矩转速测量重复性引入的不确定度；
S3、分析处理得出数显仪器读数分辨率引入的不确定度；
S4、分析处理得出转矩转速传感器准确度引入的不确定度；
S5、分析处理得出数据修约引入的不确定度；
S6、根据所计算的结果，分析得出机器人谐波减速机测试平台精度与上述因素的之间的关系，并以数学表达式的形式将上述因素视作变量，机器人谐波减速机测试平台精度作为因变量，进而可定量化的描述它们之间的变化规律，从而建立测试平台的测量不确定度模型，
则相对扩展不确定度Uext，其中k为扩展因子，Uη为合成不确定度，为传动效率均值，
Uext＝kUη，
<mrow>
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<mo>&OverBar;</mo>
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<mi>t</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>;</mo>
</mrow>
S7、根据测试平台的测量不确定度模型，计算分析谐波减速机测试平台的测量不确定度。
2.根据权利要求1所述的一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，其特征在于，所述的步骤S2具体如下：
根据所采用的测试方法，由输入输出扭矩传感器两测试仪器测定的减速机转矩标准误差和转速标准误差应满足：
<mrow>
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<mi>U</mi>
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式中：为传感器2测定的输出轴转矩标准误差，单位Nm；为传感器1测定的输入轴转矩标准误差，单位Nm；为传感器2测定的输出轴转速标准误差，单位r/min；传感器1测定的输入轴转速标准误差，单位r/min。
3.根据权利要求1所述的一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，其特征在于，所述的步骤S3具体如下：
仪表读数分辨率引起的相对标准不确定度分量U2由下式确定:
<mrow>
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<mi>U</mi>
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U21、U22、U23、U24分别表示数显仪器的分辨力引起的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速相对不确定度，分别由下式确定：
<mrow>
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<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mfrac>
</mrow>
ΔT1、ΔT2、Δn1、Δn2分别表示数显仪器的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速的分辨力。
4.根据权利要求1所述的一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，其特征在于，所述的步骤S4具体如下：
查转矩转速传感器使用说明书，确定准确度DOA按均匀分布估计，转矩转速传感器准确度引起的相对不确定度为：
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mn>3</mn>
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<mn>3</mn>
</msqrt>
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<mo>.</mo>
</mrow>
5.根据权利要求1所述的一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，其特征在于，所述的步骤S5具体如下：
根据数据修约采用四舍五入规则，其修约误差为估读值的1/2，遵从均匀分布，其相对不确定度分量为：
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mn>4</mn>
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</mrow>
ΔT1、ΔT2、Δn1、Δn2分别表示数显仪器的输入转矩、输出转矩、输入转速、输入转速的分辨力，为传感器输入轴转速理论值，为输出轴转速理论值。
6.根据权利要求1所述的一种机器人谐波减速机测试平台精度分析测试方法，其特征在于，所述的扩展因子k＝2，
相对扩展不确定度Uext定义如下：Uext＝2Uη。
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