CN111353003A - 一种谐波减速机刚度测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种谐波减速机刚度测试系统及方法，该测试系统包括运动控制单元、数据管理单元及人机交互界面；运动控制单元用于实时控制试验机构的运动、瞬时状态显示并获取伺服系统运动反馈数据；数据管理单元用于使用SQLite数据库对运动参数和过程数据进行保存；人机交互界面用于向用户提供操作与展示界面。该测试方法为通过运动控制单元设置运动控制参数，向运动控制单元发送控制指令；通过运动控制单元控制刚度试验装置以设定的速度运行；通过运动控制单元实时获取伺服系统运动反馈数据；在人机交互界面显示当前伺服系统运动数据。本发明能有效对谐波减速机刚度进行测试，可极大地提高谐波减速机的测试速度和测试效率。

Description

一种谐波减速机刚度测试系统及方法

技术领域

本发明属于齿轮或传动机构的测试技术领域，尤其涉及一种谐波减速机刚度测试系统及方法。

背景技术

谐波传动是基于薄壳弹性变形理论的一种新型机械传动，其由波发生器、柔轮和刚轮组成。谐波减速器具有结构简单、体积小、质量轻、传动精度高、同时啮合齿数多、可以向密封空间传递运动和动力等独特优点，被广泛应用于能源、航天飞行器、航空、国防工业、仪表设备、精密机床和医疗设备等领域，更是机器人领域的关键零部件。

随着谐波减速器应用越来越广泛，其性能指标测试方面的研究体现出明显的不足。性能测试的研究更多的是在理论层面，缺少专门用于谐波减速器测试的设备，在自动化测试方面进展更是缓慢。刚度会直接影响使用谐波减速器的机器人、机器臂、精密机床等变速转动机构中的定位控制精度，同时也是评价谐波减速器关键性能的指标之一。然而，现如今并无专用的谐波减速器测试系统，无法为谐波减速机刚度实现自动化测试，谐波减速器的测试速度和测试效率较低，无法实现对谐波减速器产品的寿命进行准确评估，无法准确掌握谐波减速器的寿命余量，不能有效保证谐波减速器的系统的安全性和可靠性。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出了一种能有效对谐波减速机刚度进行测试，可极大地提高谐波减速器的测试速度和测试效率，使通常的谐波减速器产品抽检变成全检，也极大地提高产品的一致性和对寿命的准确评估，准确掌握谐波减速器的寿命余量，对于使用谐波减速器的系统的安全性、可靠性有充分保证的谐波减速机刚度测试系统及方法。

本发明的技术方案如下：

上述的谐波减速机刚度测试系统，包括运动控制单元、数据管理单元及人机交互界面；所述运动控制单元用于实时控制试验机构的运动、瞬时状态显示并获取伺服系统运动反馈数据；所述数据管理单元用于使用SQLite数据库对运动参数和过程数据进行保存；所述人机交互界面用于向用户提供操作与展示界面。

所述谐波减速机刚度测试系统，其中：所述运动控制单元包括机构运行控制模块及反馈数据读取模块；所述机构运行控制模块用于对测试系统运行进行运行参数超限管理和异常情况处理；所述反馈数据读取模块用于通过测量元件反馈实时控制试验机构控制减速机运动的结果，并把结果显示在所述人机交互界面上。

所述谐波减速机刚度测试系统，其中：所述机构运行控制模块包括运行参数超限管理模块和异常情况处理模块；所述运行参数超限管理模块用于提供机构运动允许范围即机构速度允许范围和用户参数输入超限；所述异常情况处理模块用于发生异常情况时进行报警。

所述谐波减速机刚度测试系统，其中：所述数据管理单元包括账户管理模块、试验日志管理模块和试验数据管理模块；所述账户管理模块用于对不同测试人员的管理，用于分配账号、密码给不同的试验人员；所述账户管理模块用于统计不同测试人员完成工作的数量和质量的基础，便于后期产品质量跟踪和追责；所述试验日志管理模块用于完成特定时间的工作记录，查询全部的试验数据，并分时间段进行数据统计分析；所述试验数据管理模块用于特定试验过程的数据记录，可以分类、分字段、分时间、分型号进行数据统计和分析。

所述谐波减速机刚度测试系统，其中：所述人机交互界面包括登录界面和试验操作界面；所述登录界面用于用户通过用户名和密码登陆系统后进行操作，使用管理员账户登录后具有此系统的最高权限，可以给其他不同使用者分配不同权限的账户，分配成功的账户相关信息存储于数据库登录人员配置表中；所述试验操作界面包括软件设置选项界面、系统信息显示界面、启动控制界面与运动控制界面；所述软件设置选项界面包括系统参数设置按钮界面、通信端口设置按钮界面、用户信息管理按钮界面和日志管理按钮界面；所述系统信息显示界面包括系统状态指示、报警以及机构当前状态信息显示区和扭转刚度特性曲线，在机构运行时，当前检测值显示区的数据将实时刷新显示；启动控制与运动控制界面用于设定运行参数以及控制系统功能。

一种谐波减速机刚度测试方法，具体包括以下步骤：（1）在人机交互界面的试验操作界面上设置运动控制参数，向运动控制单元发送控制指令；（2）通过运动控制单元控制刚度试验装置以设定的速度运行，以获得设定的扭矩并保持运动的稳定；（3）通过运动控制单元实时获取伺服系统运动反馈数据；（4）在人机交互界面显示当前伺服系统运动数据；若运行过程发生异常情况时，自动生成告警，在人机操作界面显示告警信息并点亮控制箱顶部的报警灯，同时将报警记录保存到数据库。

有益效果：

本发明谐波减速机刚度测试系统及方法，可以极大地提高谐波减速器的测试速度和测试效率，使通常的谐波减速器产品抽检变成全检，也极大地提高产品的一致性和对寿命的准确评估，准确掌握谐波减速器的寿命余量，对于使用谐波减速器的系统的安全性、可靠性有充分的保证。

本发明通过轻量型嵌入数据库SQLite保存试验数据，通过数据库访问中间件，实现数据访问（添加、删除、修改），具有易于扩展和复用性强的特点；本发明的用户操作界面通过调用各模块实现装置的操纵功能，本发明的系统通过模块化设计，易于维护、扩展。

本发明采用LabView进行系统的开发，具有编程简洁、直观性强、人机交互界面友好、数据可视化分析与设备控制能力优等特点；同时LabView自带的DAQ子模块，则可更方便、快捷地实现对数据采集卡的编程，完成控制机与设备之间的连接与控制的功能。

本发明在系统发送异常情况将进行报警，保证系统运行的安全可靠。本发明采用的SQLite是一款轻型数据库，是遵守ACID的关系型数据库管理系统，本身轻巧精细且设计目标是嵌入式的，占用资源非常低，可以轻便快速完成本系统的数据存储、管理和查询功能。

附图说明

图1为本发明谐波减速机刚度测试系统的结构框图；

图2为本发明谐波减速机刚度测试系统的操作控制界面图；

图3为本发明谐波减速机刚度测试系统的操作记录查询界面图；

图4为本发明谐波减速机刚度测试方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明谐波减速机刚度测试系统，包括运动控制单元1、数据管理单元2及人机交互界面3。

该运动控制单元1用于实时控制试验机构的运动（速度、角度、振动幅度和振动频率等）、瞬时状态显示并获取伺服系统运动反馈数据，其包括机构运行控制模块11及反馈数据读取模块12。

该机构运行控制模块11用于对测试系统运行进行运行参数超限管理和异常情况处理，其包括运行参数超限管理模块和异常情况处理模块。该运行参数超限管理模块用于提供机构运动允许范围（上/下限）即机构速度允许范围（上/下限）和用户参数输入超限（上/下限）。该异常情况处理模块用于发生异常情况时进行报警；异常情况包括电机状态报警（过载/过压/欠压等）、运动速度超限、运行温度超限及其它运行参数超出阈值。

该反馈数据读取模块12是用于通过光电编码器、扭矩传感器等测量元件，反馈实时控制试验机构控制减速机运动的结果，并把结果显示在人机交互界面3上的“实际值”中。

该数据管理单元2用于使用SQLite数据库，对运动参数和过程数据进行保存，其包括账户管理模块21、试验日志管理模块22和试验数据管理模块23。该账户管理模块21用于对不同测试人员的管理，用于分配账号、密码给不同的试验人员；该账户管理模块21是统计不同测试人员完成工作的数量和质量的基础，便于后期产品质量跟踪和追责。该试验日志管理模块22用于完成特定时间的工作记录，可以查询全部的试验数据，并可分时间段进行数据统计分析。该试验数据管理模块23用于特定试验过程的数据记录，可以分类、分字段、分时间、分型号进行数据统计和分析。该SQLite数据库具体设置包括登录人员配置表、试验机构配置表、运动控制数据记录表、运行日志表和警告信息表；该登录人员配置表是对用户进行账号密码记录和权限配置；该试验机构配置表是记录产品编号、额定扭矩、试验方式等；该运动控制数据记录表是记录控制计算机或人机界面下发的控制指令、设定的运动控制参数以及机构运行反馈数据等；该运行日志表是记录人机界面操作日志，包括操作人员、时间，以及操作记录等数据；该警告信息表是以编码形式记录告警信息，为设备维护、运行状态查询提供基础数据。

该人机交互界面3用于向用户提供操作与展示界面，其包括登录界面31和试验操作界面32。

该登录界面31用于用户通过用户名和密码登陆系统后进行操作，使用管理员账户登录后具有此系统的最高权限，可以给其他不同使用者分配不同权限的账户，分配成功的账户相关信息存储于数据库登录人员配置表中。

该试验操作界面32包括软件设置选项界面、系统信息显示界面、启动控制界面与运动控制界面。

该软件设置选项界面包括系统参数设置按钮界面、通信端口设置按钮界面、用户信息管理按钮界面和日志管理按钮界面。该系统参数设置按钮界面可设置控制系统的详细参数，如设定系统零点位置、运动补偿参数，对运动范围的上、下位置，运行速度等参数等，并保存数据到数据库中，下一次登录系统默认采用最近一次保存参数。该通信端口设置按钮界面用于设定与设备的连接模式和参数，如IP地址、端口号等；该通信端口设置按钮界面采用以太网连接下位机，运用TCP/IP协议进行数据通信。该用户信息管理按钮界面显示当前登录用户、当前日期、时间以及版本号；点击账户名可对用户信息进行修改，如用户名、密码等；高级用户能够对操作系统内已存储账户信息进行修改、删除。该日志管理按钮界面可进入数据管理界面，对以往试验数据进行统计、查询等操作。

该系统信息显示界面包括系统状态指示、报警以及机构当前状态信息显示区和扭转刚度特性曲线；在机构运行时，当前检测值显示区的数据将实时刷新显示。

该启动控制与运动控制界面用于设定运行参数以及控制系统初始化、使能、运行、停止等功能。

本发明谐波减速机刚度测试系统的试验操作流程包括：

（1）系统执行任务前，需先设置运动控制参数，然后对设备进行初始化，初始化成功后进入控制操作区；

（2）当控制系统或检测数据出现异常，如位移超过设定阈值、位置异常等情况，相应报警指示灯将亮起，弹出提示框并发出蜂鸣报警；

（3）点击信息显示区中“试验数据”按钮，系统打开到历史试验记录查询界面，如图3所示。

（4）SQLite数据库为用户提供方便快速的实验数据查询功能。在查询界面，操作者可输入查询条件，如日期范围，点击查询按钮即可从数据库中查询该条件下的操作记录，并显示到表格中；系统可打印，同时还可将查出的数据导出；导出的数据格式可为TXT文档或excel电子表格。

本发明谐波减速机刚度测试系统的工作原理如下：

用户通过在人机交互界面上进行操作，运动控制模块可实时控制试验机构的运动（速度、角度、振动幅度和振动频率等）、瞬时状态显示并获取伺服系统运动反馈数据，将平均迎角、状态等信息用3D模型动画同步显示以方便操作人员观察。数据管理模块对运动参数和过程数据进行保存；除此之外，在运动超限、过载、设备损坏等情况发生后，系统生成告警，在人机操作界面显示告警信息，并点亮控制箱顶部的报警灯，同时将报警记录保存到数据库。

本发明谐波减速机刚度测试系统提供的系统开发环境包括：

采用面向对象的LabView 开发；LabView是当前国际上应用最广效果最佳的数据采集与控制开发软件之一，主要应用与仪器控制、数据挖掘、数据分析与显示等领域。LabView具有编程简洁、直观性强、人机交互界面友好、数据可视化分析与设备控制能力优等特点；而LabView自带的DAQ子模块，则可更方便、快捷地实现对数据采集卡的编程，完成控制机与设备之间的连接与控制的功能。

如图4所示，本发明实施例提供的谐波减速机刚度测试方法，具体包括以下步骤：

S101、在人机交互界面3的试验操作界面32上设置运动控制参数，向运动控制单元1发送控制指令；如图2示例所示界面的“试验模式”和“期望值”处即可设置；如果是“手动操作”模式，计算机就直接把“期望值”发给运动控制单元1，让运动控制单元1控制电机产生期望的扭矩和转角；如果是“自动操作”模式，计算机就按照规定的“采样点数设定”的值将期望值按线性或指数方式分段，计算机把计算得到的各段端点的值依次发给运动控制单元1，让运动控制单元1控制电机产生期望的扭矩和转角；

S102、通过运动控制单元1控制刚度试验装置以设定的速度运行，从而获得设定的扭矩并保持运动的稳定；

S103、通过运动控制单元1实时获取伺服系统运动反馈数据；

S104、在人机交互界面3显示当前平均迎角、振荡幅度、3D模型和驱动电机的运行数据等；若运行过程发生运动超限、过载、设备损坏等异常情况时，自动生成告警，在人机操作界面显示告警信息，并点亮控制箱顶部的报警灯，同时将报警记录保存到数据库。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，计算机程序产品包括一个或多个计算机指令；在计算机上加载或执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能；计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置；计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL) 或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行 传输)。计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备；可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

本发明能有效对谐波减速机刚度进行测试，可极大地提高谐波减速器的测试速度和测试效率，使通常的谐波减速器产品抽检变成全检，也极大地提高产品的一致性和对寿命的准确评估，准确掌握谐波减速器的寿命余量，对于使用谐波减速器的系统的安全性、可靠性有充分保证。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种谐波减速机刚度测试系统，其特征在于：所述测试系统包括运动控制单元、数据管理单元及人机交互界面；所述运动控制单元用于实时控制试验机构的运动、瞬时状态显示并获取伺服系统运动反馈数据；所述数据管理单元用于使用SQLite数据库对运动参数和过程数据进行保存；所述人机交互界面用于向用户提供操作与展示界面。

2.如权利要求1所述的谐波减速机刚度测试系统，其特征在于：所述运动控制单元包括机构运行控制模块及反馈数据读取模块；所述机构运行控制模块用于对测试系统运行进行运行参数超限管理和异常情况处理；所述反馈数据读取模块用于通过测量元件反馈实时控制试验机构控制减速机运动的结果，并把结果显示在所述人机交互界面上。

3.如权利要求2所述的谐波减速机刚度测试系统，其特征在于：所述机构运行控制模块包括运行参数超限管理模块和异常情况处理模块；所述运行参数超限管理模块用于提供机构运动允许范围即机构速度允许范围和用户参数输入超限；所述异常情况处理模块用于发生异常情况时进行报警。

4.如权利要求1所述的谐波减速机刚度测试系统，其特征在于：所述数据管理单元包括账户管理模块、试验日志管理模块和试验数据管理模块；所述账户管理模块用于对不同测试人员的管理，用于分配账号、密码给不同的试验人员；所述账户管理模块用于统计不同测试人员完成工作的数量和质量的基础，便于后期产品质量跟踪和追责；所述试验日志管理模块用于完成特定时间的工作记录，查询全部的试验数据，并分时间段进行数据统计分析；所述试验数据管理模块用于特定试验过程的数据记录，可以分类、分字段、分时间、分型号进行数据统计和分析。

5.如权利要求1所述的谐波减速机刚度测试系统，其特征在于：所述人机交互界面包括登录界面和试验操作界面；

所述登录界面用于用户通过用户名和密码登陆系统后进行操作，使用管理员账户登录后具有此系统的最高权限，可以给其他不同使用者分配不同权限的账户，分配成功的账户相关信息存储于数据库登录人员配置表中；

所述试验操作界面包括软件设置选项界面、系统信息显示界面、启动控制界面与运动控制界面；所述软件设置选项界面包括系统参数设置按钮界面、通信端口设置按钮界面、用户信息管理按钮界面和日志管理按钮界面；所述系统信息显示界面包括系统状态指示、报警以及机构当前状态信息显示区和扭转刚度特性曲线，在机构运行时，当前检测值显示区的数据将实时刷新显示；启动控制与运动控制界面用于设定运行参数以及控制系统功能。

6.一种谐波减速机刚度测试方法，基于上述权利要求1至5任意一项所述的谐波减速机刚度测试系统，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）在人机交互界面的试验操作界面上设置运动控制参数，向运动控制单元发送控制指令；

（2）通过运动控制单元控制刚度试验装置以设定的速度运行，以获得设定的扭矩并保持运动的稳定；

（3）通过运动控制单元实时获取伺服系统运动反馈数据；

（4）在人机交互界面显示当前伺服系统运动数据；若运行过程发生异常情况时，自动生成告警，在人机操作界面显示告警信息并点亮控制箱顶部的报警灯，同时将报警记录保存到数据库。

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