CN108562452A - 一种舵机组件带载测试与精度标定的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，属于高精度舵机测试技术领域。本发明在舵机组件和基板的基础上，带载测试部分与单向舵机输出轴同轴连接，以成功加载舵机的额定载荷进行测试；精度标定部分与对侧单向舵机输出轴同轴连接，并达到较高的同轴精度，高精度传递转角和转矩，实现对舵机的精度标定；整体装置能够同时实现舵机组件的带载测试和精度标定，结构简单、集成度高、操作便捷。

Description

一种舵机组件带载测试与精度标定的装置

技术领域

本发明涉及一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，属于高精度舵机测试技术领域。

背景技术

舵机是一种位置或角度伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。带载测试是对舵机驱动性能的关键性实验，通过将额定外载加载到舵机输出轴上，并驱动舵机正常工作一定时间，观察其带载运行情况，进而达到测试舵机的驱动性能。精度标定是对舵机控制精度的另一关键性实验，通过测定舵机在正常运转下的位置误差，来标定舵机的控制精度。

对舵机的带载测试，通常采用昂贵的力矩测试仪进行测试，且需要一定的人员精准操作，成本较高，较为繁琐；同样，为了完成舵机的精度标定，通常在舵机组件的设计中，其自身便携带昂贵的高精度传感器，该高精度传感器成本较高，且无法对其真正的精度进行有效的校验、筛选。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服现有条件的不足，提供一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，以实现对舵机运行载荷和控制精度的高效测试。

本发明的技术解决方案是：

一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，该装置包括固定板、基板、连接板、编码器、编码器支架、第三联轴器、连接轴、第一刚性联轴器、第二刚性联轴器、支撑板、轴承、旋转盘、砝码；

所述的固定板用于将基板固定在工作台上；

所述的连接板上具有与舵机组件安装座相匹配的安装凸台，连接板用于将舵机组件固定安装在基板上；

所述的编码器支架用于将编码器固定安装在基板上；

所述的支撑板用于将旋转盘固定安装在基板上；

所述的编码器的转轴与连接轴的一端通过第三联轴器固定连接；

所述的连接轴的另一端通过第一刚性联轴器与舵机组件的其中一个输出轴固定连接；

所述的舵机组件的另一个输出轴通过第二刚性联轴器与旋转盘的旋转轴固定连接；

所述的砝码通过丝线固定连接在旋转盘上；

所述的第一刚性联轴器为一空心圆柱，空心圆柱的侧面有一豁口，与该豁口正对的空心圆柱的内表面有一凹槽；

所述的旋转盘的旋转轴通过轴承连接在支撑板上；

更进一步，作为优选方案：

通过两个螺钉将固定板与水平工作台固定连接；基板与固定板固定连接；

连接板通过四个螺钉与基板均布固定连接，连接板上具有与舵机组件安装座相应尺寸的安装台，舵机组件的安装座放置在连接板安装台上，并通过四个螺钉均布固定连接；

编码器支架与基板通过螺钉固定连接，编码器支架的安装孔与编码器的安装轴固定连接，编码器伸出的转轴上具有单面铣扁的锁紧平面；

连接轴的一端同样单面铣扁，形成锁紧平面，连接轴的另一端双面铣扁，形成“一”字凸起；

第三联轴器的一端通过紧固螺钉压紧在编码器转轴的锁紧平面上固定连接，第三联轴器的另一端通过紧固螺钉压紧在连接轴的锁紧平面上固定连接；

舵机组件沿圆周四个方向上均布伸出“一”字凹陷轴，连接轴的“一”字凸起端插入舵机组件的某一个“一”字凹陷轴，第一刚性联轴器一端抱紧连接轴的“一”字凸起轴，另一端抱紧舵机组件的“一”字凹陷轴，且两端抱紧长度一致；

旋转盘圆心处伸出一个旋转轴，旋转轴端面双面铣扁形成“一”字凸起，旋转盘的“一”字凸起插入舵机组件的另一个“一”字凹陷轴，第二刚性联轴器一端抱紧旋转盘的“一”字凸起轴，另一端抱紧舵机组件的另一个“一”字凹陷轴，且两端抱紧长度一致；

支撑板的轴承孔与旋转盘的旋转轴通过轴承连接，支撑板与基板通过螺钉固定连接，旋转盘为一个直径较大的砝码线盘，并与砝码通过丝线连接；整个装置以固定板、基板为基础，垂直立于水平工作台上，编码器支架和支撑板分别左右垂直固定连接于基板上。

舵机组件由舵机主体和四套相同的单向舵机组成，分别为第一单向舵机、第二单向舵机、第三单向舵机、第四单向舵机，四套相同的单向舵机均布安装在舵机主体的四个安装槽内，整体结构上下左右对称，每套单向舵机各控制一个方向舵片在一定载荷下的高精度转动；舵机组件伸出四个输出轴，输出轴端面开“一”字凹陷槽；可对两套单向舵机，即第一单向舵机和第三单向舵机，或第二单向舵机和第四单向舵机，同时进行高效、便捷的带载测试和精度标定。

第一刚性联轴器和第二刚性联轴器结构相同，均能够高精度传递输入端与输出端相同的转角和转矩；该联轴器沿中间轴向对称面开有宽1.2mm、深9mm的凹槽，通过螺钉和弹性垫圈的紧固调节使该第一刚性联轴器和第二刚性联轴器具有一定的弹性压缩量，将两端的输入轴与输出轴锁紧固定；该第一刚性联轴器和第二刚性联轴器两端抱紧两个同直径的输入轴与输出轴，抱紧长度一致，保证该联轴器位置相对输入轴与输出轴左右大致居中，能够实现较高的同轴度，达到带载测试和精度标定的要求。

连接轴单面铣扁端与精度联轴器通过两颗紧定螺钉连接，两颗紧固螺钉将连接轴锁紧固定，确保其中一颗紧定螺钉与锁紧平面呈90°垂直，“一”字凸起端穿入第一刚性联轴器，并插入单向舵机的“一”字凹陷轴，并通过第一刚性联轴器抱紧固定，高精度传递相同的转角和转矩；“一”字凸起端双面铣扁的两平面具有一定的对称度，使连接轴与单向舵机“一”字凹陷轴连接精度较高，该特点能够实现较高的同轴度，达到精度标定的要求。

旋转盘高精度传递相同的转角和转矩，输入端为直径较小的细轴，输出端为直径较大的圆盘，有效降低了带载测试的载荷力，使得与输出端连接的砝码重量科学合理；旋转盘设有挡边，以防止连接丝线从圆盘上脱落；盘缘处开槽，使连接丝线穿过，端头通过螺钉和弹性垫圈锁紧固定。

工作过程：将舵机组件分别与供电电源和上位机连接，实时控制所测某一单向舵机输入舵角、观测某一单向舵机执行舵角；将编码器分别与供电电源和上位机连接，实时观测编码器的测试舵角；打开电源，启动舵机组件和编码器；

带载测试试验，在上位机窗口中向其中某一单向舵机发出设定的舵角指令，观测单向舵机实际执行舵角，观查输出响应曲线，评判舵机组件的带载工作性能。

精度标定试验，在上位机窗口中向对侧单向舵机发出特定的舵角指令，观测单向舵机实际执行舵角和编码器的测试舵角，通过对比计算得到舵角工作误差，完成舵机组件的精度标定。

本发明的有益效果为：

(1)本发明在舵机组件和基板的基础上，带载测试部分与单向舵机输出轴同轴连接，以成功加载舵机的额定载荷进行测试；精度标定部分与对侧单向舵机输出轴同轴连接，并达到较高的同轴精度，高精度传递转角和转矩，实现对舵机的精度标定；整体装置能够同时实现舵机组件的带载测试和精度标定，结构简单、集成度高、操作便捷。

(2)本发明将舵机组件的负载力矩等效转化为一定直径的转盘与一定重量的砝码；保证转盘轴与舵机组件其中一个输出轴同轴，且固定连接；合理科学地实现了将舵机输出轴较小转轴、较大载荷等效转化为较大转轴、较小载荷的加载，有效进行舵机的带载测试。

(3)本发明通过高精度编码器来标定舵机组件4套舵机的精度误差；保证高精度编码器的输出轴与舵机组件其中一个输出轴同轴，且固定连接；通过锁紧联轴器、连接轴、刚性联轴器，保证装配组件的同轴度精度，传递高精度编码器和舵机输出轴相同的转角和转矩，有效进行舵机的精度标定。

(4)本发明舵机组件包括4套相同的单向舵机，4套相同的单向舵机均布安装在舵机主体的4个安装槽内，整体结构上下左右对称，可对2套单向舵机同时进行高效、批量的带载测试和精度标定，使舵机性能测试效率更高。

附图说明

图1为本发明的装置的结构示意图；

图2为本发明的装置的立体结构示意图；

图3为本发明的第一刚性联轴器的结构示意图；

图4为本发明的连接轴的结构示意图；

图5为本发明的旋转盘的结构示意图；

图6为本发明的舵机组件的结构示意图；

图7为舵角指令为10°时，系统响应曲线示意图；

图8为舵角指令在1°时，系统响应曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步叙述。

本实施例中的系统组成如图1-图6所示。该系统涉及的带载测试和精度标定部件包括固定板1、基板2、连接板3、高精度编码器4、编码器支架5、精度联轴器6、紧定螺钉7、连接轴8、第一刚性联轴器9、舵机组件10、第二刚性联轴器11、支撑板12、轴承13、旋转盘14、砝码15；该装置使用操作时，通过两个螺钉将固定板1与水平工作台固定连接，基板2与固定板1固定连接，并沿工作台边缘平行放置，连接板3通过四个螺钉与基板2均布固定连接，连接板3上具有与舵机组件10安装座相应尺寸的安装台，舵机组件10的安装座放置在连接板3安装台上，并通过四个螺钉均布固定连接；编码器支架5与基板2通过螺钉固定连接，编码器支架5的安装孔与高精度编码器4的安装轴固定连接，高精度编码器4伸出的转轴上具有单面铣扁的锁紧平面，连接轴8的一端同样单面铣扁，形成锁紧平面，另一端双面铣扁，形成“一”字凸起，精度联轴器6一端通过紧固螺钉7压紧在高精度编码器4转轴的锁紧平面上固定连接，另一端通过紧固螺钉7压紧在连接轴8的锁紧平面上固定连接，舵机组件10沿圆周四个方向上均布伸出“一”字凹陷轴，连接轴8的“一”字凸起端插入舵机组件10的某一个“一”字凹陷轴，第一刚性联轴器9一端抱紧连接轴8的“一”字凸起轴，另一端抱紧舵机组件10的“一”字凹陷轴，且两端抱紧长度大致相当；旋转盘14圆心处伸出一个旋转轴，旋转轴端面双面铣扁形成“一”字凸起，旋转盘14的“一”字凸起插入舵机组件10的另一个“一”字凹陷轴，第二刚性联轴器11一端抱紧旋转盘14的“一”字凸起轴，另一端抱紧舵机组件10的另一个“一”字凹陷轴，且两端抱紧长度大致相当；支撑板12的轴承孔与旋转盘9的旋转轴通过轴承13连接，支撑板12与基板10通过螺钉固定连接，旋转盘14具有一个直径较大的砝码线盘，并与砝码15通过丝线连接；整个装置以固定板1、基板2为基础，垂直立于水平工作台上，编码器支架5和支撑板12分别左右垂直固定连接于基板2上。

本实施例中，舵机组件10由舵机主体21和4套相同的单向舵机组成，分别为第一单向舵机22、第二单向舵机23、第三单向舵机24、第四单向舵机25，4套相同的单向舵机均布安装在舵机主体21的4个安装槽内，整体结构上下左右对称，每套单向舵机各控制一个方向舵片在一定载荷下的高精度转动；舵机组件伸出4个输出轴，输出轴端面开“一”字凹陷槽；可对2套单向舵机，即第一单向舵机22和第三单向舵机24，或第二单向舵机23和第四单向舵机25，同时进行高效、便捷的带载测试和精度标定。

本实施例中，第一刚性联轴器9和第二刚性联轴器11结构相同，均能够高精度传递输入端与输出端相同的转角和转矩；该联轴器沿中间轴向对称面开有宽1.2mm、深9mm的拉槽，通过螺钉31和弹性垫圈32的紧固调节使该刚性联轴器具有一定的弹性压缩量，将两端的输入轴与输出轴锁紧固定；该联轴器两端抱紧两个同直径的输入轴与输出轴，抱紧长度基本一致，保证该联轴器位置相对输入轴与输出轴左右大致居中，能够实现较高的同轴度，达到带载测试和精度标定的要求。

本实施例中，连接轴8单面铣扁端与精度联轴器6通过两颗紧定螺钉7连接，两颗紧固螺钉7将连接轴8锁紧固定，确保其中一颗紧定螺钉与锁紧平面呈90°垂直，“一”字凸起端穿入第一刚性联轴器9，并插入单向舵机的“一”字凹陷轴，并通过第一刚性联轴器9抱紧固定，高精度传递相同的转角和转矩；“一”字凸起端双面铣扁的两平面具有一定的对称度，使连接轴8与单向舵机“一”字凹陷轴连接精度较高，该特点能够实现较高的同轴度，达到精度标定的要求。

本实施例中，旋转盘14高精度传递相同的转角和转矩，输入端为直径较小的细轴，输出端为直径较大的圆盘，有效降低了带载测试的载荷力，使得与输出端连接的砝码15重量科学合理；旋转盘14设有挡边，以防止连接丝线从圆盘上脱落；盘缘处开槽，使连接丝线穿过，端头通过螺钉51和弹性垫圈52锁紧固定。

实例，通过利用一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，完成一体化锥形舵机组件(200g)的带载测试和精度标定的试验。

将该一体化锥形舵机组件分别与12V供电电源和上位机连接；将编码器分别与12V供电电源和上位机连接；打开电源，启动舵机组件和编码器；打开上位机软件，进行如下的参数输入和结果分析。

向所测的第一单向舵机输入舵角控制指令21°，实测反馈的第一单向舵机实际执行舵角位置21.006001°，并在上位机显示输出反馈曲线。每个单向舵机输出额定力矩不小于0.2N·m，且在该额定力矩下最大舵偏角速度不小于60°/s。

同时，向第三单向舵机输入舵角控制指令10°，实测反馈的第三单向舵机实际执行舵角位置9.999，实测的编码器舵角位置9.996，通过对比计算得到舵角工作误差为0.03％。

舵角指令为10°时，系统响应曲线如图7所示，超调量δ≤10％，满足技术指标要求。

舵角指令在1°(≤5°)时，系统响应曲线如图8所示，超调量≤0.25，满足技术指标要求。

试验结果表明，该装置能够高效完成舵机组件带载测试试验。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：该装置包括固定板(1)、基板(2)、连接板(3)、编码器(4)、编码器支架(5)、第三联轴器(6)、连接轴(8)、第一刚性联轴器(9)、第二刚性联轴器(11)、支撑板(12)、轴承(13)、旋转盘(14)和砝码(15)；

所述的固定板(1)用于将基板(2)固定在工作台上；

所述的连接板(3)上具有与舵机组件(10)安装座相匹配的安装凸台，连接板(3)用于将舵机组件(10)固定安装在基板(2)上；

所述的编码器支架(5)用于将编码器(4)固定安装在基板(2)上；

所述的支撑板(12)用于将旋转盘(14)固定安装在基板(2)上；

所述的编码器(4)的转轴与连接轴(8)的一端通过第三联轴器(6)固定连接；

所述的连接轴(8)的另一端通过第一刚性联轴器(9)与舵机组件(10)的其中一个输出轴固定连接；

所述的舵机组件(10)的另一个输出轴通过第二刚性联轴器(11)与旋转盘(14)的旋转轴固定连接；

所述的砝码(15)通过丝线固定连接在旋转盘(14)上；

所述的第一刚性联轴器(9)为一空心圆柱，空心圆柱的侧面有一豁口，与该豁口正对的空心圆柱的内表面有一凹槽；

所述的旋转盘(14)的旋转轴通过轴承(13)连接在支撑板(12)上。

2.根据权利要求1所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：通过两个螺钉将固定板(1)与工作台固定连接，连接板(3)通过四个螺钉与基板(2)均布固定连接，连接板(3)上具有与舵机组件(10)安装座相应尺寸的安装台，舵机组件(10)的安装座放置在连接板(3)安装台上，并通过四个螺钉均布固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：编码器支架(5)与基板(2)通过螺钉固定连接，编码器支架(5)的安装孔与编码器(4)的安装轴固定连接，编码器(4)伸出的转轴上具有单面铣扁的锁紧平面。

4.根据权利要求1所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：连接轴(8)的一端单面铣扁，形成锁紧平面，连接轴(8)的另一端双面铣扁，形成“一”字凸起。

5.根据权利要求7所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：第三联轴器(6)的一端通过紧固螺钉(7)压紧在编码器(4)转轴的锁紧平面上固定连接，第三联轴器(6)的另一端通过紧固螺钉(7)压紧在连接轴(8)的锁紧平面上固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：舵机组件(10)沿圆周四个方向上均布伸出“一”字凹陷轴，连接轴(8)的“一”字凸起端插入舵机组件(10)的某一个“一”字凹陷轴，第一刚性联轴器(9)一端抱紧连接轴(8)的“一”字凸起轴，另一端抱紧舵机组件(10)的“一”字凹陷轴，且两端抱紧长度一致。

7.根据权利要求1所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：旋转盘(14)圆心处伸出一个旋转轴，旋转轴端面双面铣扁形成“一”字凸起，旋转盘(14)的“一”字凸起插入舵机组件(10)的另一个“一”字凹陷轴，第二刚性联轴器(11)一端抱紧旋转盘(14)的“一”字凸起轴，另一端抱紧舵机组件(10)的另一个“一”字凹陷轴，且两端抱紧长度一致。

8.根据权利要求1所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：支撑板(12)的轴承孔与旋转盘(14)的旋转轴通过轴承(13)连接，支撑板(12)与基板(2)通过螺钉固定连接，旋转盘(14)为一砝码线盘，并与砝码(15)通过丝线连接。

9.根据权利要求1所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：舵机组件(10)由舵机主体(21)和4套相同的单向舵机组成，分别为第一单向舵机(22)、第二单向舵机(23)、第三单向舵机(24)、第四单向舵机(25)，4套相同的单向舵机均布安装在舵机主体(21)的4个安装槽内，整体结构上下左右对称，每套单向舵机各控制一个方向舵片在设定载荷下的转动；舵机组件(10)伸出4个输出轴，输出轴端面开“一”字凹陷槽。

10.根据权利要求1所述的一种舵机组件带载测试与精度标定的装置，其特征在于：第一刚性联轴器(9)和第二刚性联轴器(11)结构相同，均能够传递输入端与输出端相同的转角和转矩；第一刚性联轴器(9)和第二刚性联轴器(11)沿中间轴向对称面开有宽1.2mm、深9mm的凹槽，通过螺钉(31)和弹性垫圈(32)的紧固调节使该第一刚性联轴器(9)和第二刚性联轴器(11)具有弹性压缩量，将两端的输入轴与输出轴锁紧固定；该第一刚性联轴器(9)和第二刚性联轴器(11)两端抱紧两个同直径的输入轴与输出轴。