CN111678663A - 一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置 - Google Patents

一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置 Download PDF

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CN111678663A CN202010572515.4A CN202010572515A CN111678663A CN 111678663 A CN111678663 A CN 111678663A CN 202010572515 A CN202010572515 A CN 202010572515A CN 111678663 A CN111678663 A CN 111678663A
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谢运鸿
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Abstract

本发明公开了一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，包括底座、减速器支架、电机盘、减速器电机、测试盘、输出加载轴和加载系统；减速器支架竖直安装在底座上；待测的减速器安装在减速器支架中；电机盘安装在减速器的输入端侧壁上；减速器电机固定在电机盘上；减速器电机的输出轴与减速器的输入端连接；测试盘与减速器输出端固定；测试盘上安装有倾角传感器；输出加载轴一端固接在测试盘上，另一端连接有调心圆柱滚子轴承；输出加载轴与减速器输出端同轴布置；本发明的试验装置具有结构简单、工作可靠、加载方便和测试精度高等优点。

Description

一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验 装置
技术领域
本发明属于减速器测试装置技术领域，具体涉及一种用于测试机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置。
背景技术
机器人减速器具有传动比大、传动效率高、传动精度高、扭转刚性高等诸多优点，其传动性能的好坏直接影响工业机器人的整体性能。
随着机器人不断向精密化和大负载方向发展，其对关节减速器的高刚性、高承载以及长寿命提出了极高的要求。其中工业机器人减速器的弯曲刚性作为一项重要技术指标，目前尚没有一种能够模拟机器人在真实工况下受倾覆力矩作用的弯曲刚性以及加载工况下疲劳性能的联合测试装置。
因此，现有技术中需要一种能够解决上述问题的试验装置。
发明内容
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，包括底座、减速器支架、电机盘、减速器电机、测试盘、输出加载轴和加载系统。
所述减速器支架竖直安装在底座上。待测的减速器安装在减速器支架中。
所述电机盘安装在减速器的输入端侧壁上。所述减速器电机固定在电机盘上。所述减速器电机的输出轴与减速器的输入端连接。
所述测试盘与减速器输出端固定。所述测试盘上安装有倾角传感器。
所述输出加载轴一端固接在测试盘上，另一端连接有调心圆柱滚子轴承。所述输出加载轴与减速器输出端同轴布置。
所述加载系统包括电动缸支架、伺服电动缸、拉压力传感器和加载卡爪。
所述电动缸支架竖直安装在底座上。带有调心圆柱滚子轴承的输出加载轴穿入在电动缸支架内部。所述伺服电动缸竖直安装在电动缸支架上端。所述拉压力传感器上端连接在伺服电动缸的输出端上。所述加载卡爪连接在拉压力传感器的下端。所述加载卡爪调心圆柱滚子轴承相对应，加载卡爪下端设置有与调心圆柱滚子轴承相适应的凹槽。
工作时，所述伺服电动缸的输出端伸长，带动加载卡爪向下运行，加载卡爪对调心圆柱滚子轴承施加竖直向下的载荷。
进一步，所述减速器支架上设有用于安装减速器的安装盘，所述安装盘通过螺栓与减速器支架固定。
所述减速器通过螺栓与安装盘连接，固定于减速器支架上。
进一步，所述测试盘包括圆盘和L型支架。
所述圆盘通过螺栓与减速器的输出端紧密连接。所述L型支架包括竖直部和水平部。所述竖直部竖直固定在圆盘侧壁上，所述水平部垂直于圆盘布置。所述倾角传感器水平固定在L型支架的水平部上。
进一步，所述拉压力传感器上下端均设置有螺纹孔。所述伺服电动缸的输出端上设置有外螺纹。所述拉压力传感器上端通过螺纹连接在伺服电动缸的输出端上。所述拉压力传感器下端的螺纹孔连接有螺钉。所述加载卡爪上端吊装在螺钉的螺帽上。
当伺服电动缸向下施加载荷时，加载卡爪能够自适应调整位置，贴合在调心圆柱滚子轴承表面。当伺服电动缸继续向下施加加载，此时拉压力传感器压紧加载卡爪，使伺服电动缸输出端对输出加载轴上的调心圆柱滚子轴承施加竖直向下的载荷。
进一步，所述减速器电机、倾角传感器、拉压力传感器和伺服电动缸均与上位机连接。
工作时，通过上位机输出控制指令分别控制减速器电机和伺服电动缸运行。所述倾角传感器实时测量减速器输出端的偏转角度，并实时输出至上位机。所述拉压力传感器实时测量伺服电动缸输出端对调心圆柱滚子轴承施加的压力，并将压力信息实时输出至上位机。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，具有如下优点：
1)通过在减速器支架上增设安装盘，可以在只更换安装盘而不变动其他设备的情况下，实现对多种型号的机器人减速器进行测试。
2)在输出加载轴上安装调心圆柱滚子轴承，利用伺服电动缸带动加载卡爪对滚子轴承进行加载，实现了对减速器动态运转工况下的加载。
3)现有装置只能实现在静态时对减速器进行加载，本发明采用伺服电动缸通过加载卡爪沿径向对减速器输出轴施加载荷，高精度的倾角传感器采集减速器偏转角度，根据采集到的输出载荷和偏转角度的对应关系，即可计算获得减速器的弯曲刚性曲线。另外，试验装置具有结构简单、工作可靠、加载方便和测试精度高等优点，可以满足多种型号机器人减速器及其主轴承弯曲刚性和加载疲劳性能的测试。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为减速器支架装配分解图；
图3为测试盘结构示意图；
图4为电动缸支架装配示意图；
图5为图1的俯视图。
图中：底座1、减速器支架2、电机盘3、减速器4、减速器电机5、测试盘6、圆盘61、L型支架62、倾角传感器7、输出加载轴8、调心圆柱滚子轴承9、电动缸支架10、伺服电动缸11、拉压力传感器12、加载卡爪13、安装盘14、螺钉15和锁紧螺母16。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，参见图1和图5，包括底座1、减速器支架2、电机盘3、减速器电机5、测试盘6、输出加载轴8和加载系统。
所述减速器支架2竖直焊接在底座1上。参见图2，所述减速器支架5上安装有一个可更换的安装盘14，所述安装盘14通过螺栓与减速器支架5固定。所述安装盘14中设置有减速器容纳孔。所述减速器4通过螺栓连接在安装盘14的减速器容纳孔中，固定于减速器支架5上。不同型号的减速器4都对应一个不同减速器容纳孔尺寸的安装盘11，当需要测试不同型号减速器时，只需要更换安装盘11即可，而不用更换整个减速器支架5，即可实现对多型号的机器人减速器进行测试。
所述电机盘3通过螺栓安装在减速器4的输入端侧壁上。所述减速器电机5通过螺栓连接固定在电机盘3上。所述减速器电机5的输出轴与减速器4的输入端通过键连接。
参见图3，所述测试盘6包括圆盘61和L型支架62。
所述圆盘61通过螺栓与减速器4的输出端紧密连接。所述L型支架62包括竖直部和水平部。所述竖直部竖直焊接在圆盘61侧壁上，所述水平部垂直于圆盘61布置。所述倾角传感器7水平固定在L型支架62的水平部上。
参见图4，所述输出加载轴8与减速器4输出端同轴布置，所述输出加载轴8一端通过螺栓连接在测试盘6的圆盘61上，另一端连接有调心圆柱滚子轴承9。具体地，调心圆柱滚子轴承9一侧通过在输出加载轴8设置轴肩进行定位，另一侧通过锁紧螺母16进行定位。
所述加载系统包括电动缸支架10、伺服电动缸11、拉压力传感器12和加载卡爪13。
所述电动缸支架10竖直焊接在底座1上，与减速器支架2相对应，实验台底座1、电动缸支架10和减速器支架2形成一个整体，能够放置于地面或者其他实验台上，无需定位，方便搬运。
带有调心圆柱滚子轴承9的输出加载轴8穿入在电动缸支架10内部。所述伺服电动缸11采用前法兰安装的方式竖直安装在电动缸支架10上端。伺服电动缸11的输出端竖直向下，伸入在电动缸支架10中。
所述拉压力传感器12上端连接在伺服电动缸11的输出端上。所述加载卡爪13连接在拉压力传感器12的下端。所述加载卡爪13调心圆柱滚子轴承9相对应，加载卡爪13下端设置有与调心圆柱滚子轴承9相适应的凹槽901。
具体的地，所述拉压力传感器12采用上下双螺纹孔的柱型剪切结构。所述伺服电动缸11的输出端上设置有外螺纹。所述拉压力传感器12上端通过螺纹连接在伺服电动缸11的输出端上。所述拉压力传感器12下端的螺纹孔连接有内六角的螺钉15。所述加载卡爪13上端吊装在螺钉15的螺帽上。加载卡爪13与拉压力传感器12之间并未压紧接触，使其可以在螺钉15上自由转动以调整方向。
工作时，所述伺服电动缸11的输出端伸长，带动加载卡爪13向下运行，加载卡爪13对调心圆柱滚子轴承9施加竖直向下的载荷。
所述减速器电机5、倾角传感器7、拉压力传感器12和伺服电动缸11均与上位机连接。
通过上位机输出控制指令能够分别控制减速器电机5和伺服电动缸11运行。所述倾角传感器7能够实时测量减速器4输出端的偏转角度，并实时输出至上位机。所述拉压力传感器12能够实时测量伺服电动缸11输出端对调心圆柱滚子轴承9施加的压力，并将压力信息实时输出至上位机。
在进行静态测试时，通过上位机输出控制指令控制减速器电机5转动，带动减速器4的输出端转动，从而带动测试盘6转动，使测试盘6的L型支架62转动到装置上方且处于水平位置，这时将带有磁性的高精度的倾角传感器7水平吸附在L型支架62的水平部上。高精度的倾角传感器7可对减速器4的输出端4偏转角度值进行快速准确的测量，安装要求低，稳定性好，效率较高。本实施例采用精度为0.001°的倾角传感器7，能够实时输出当前的姿态倾角，性能可靠，抗外界电磁干扰能力、承受冲击震动能力，并提供多种输出接口，能够在配套的上位机上直接观测数据。
当伺服电动缸11向下施加载荷时，加载卡爪13贴合在调心圆柱滚子轴承9表面。当伺服电动缸11继续向下施加加载，此时拉压力传感器12压紧加载卡爪13，使伺服电动缸11输出端对输出加载轴10上的调心圆柱滚子轴承9施加竖直向下的载荷。通过拉压力传感器12的力反馈，精确控制伺服电动缸11输出端的移动距离。上位机，拉压力传感器12和伺服电动缸11构成闭环压力控制，对输出加载轴8施加精确可控的弯矩。同时，安装在测试盘6上的高精度倾角传感器7实时测出减速器4的偏转角度，根据采集到的输出载荷和偏转角度的对应关系，就可以计算出减速器的弯曲刚度。
本实施例公开的机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，通过在减速器支架上增设安装盘，可以在只更换安装盘而不变动其他设备的情况下，实现对多种型号的机器人减速器进行测试。在输出加载轴上安装调心圆柱滚子轴承，利用伺服电动缸带动加载卡爪对滚子轴承进行加载，实现了对减速器动态运转工况下的加载。高精度的倾角传感器采集减速器偏转角度，根据采集到的输出载荷和偏转角度的对应关系，即可计算获得减速器的弯曲刚性曲线，可以满足多种型号机器人减速器及其主轴承弯曲刚性和加载疲劳性能的测试，试验装置结构简单、工作可靠、加载方便和测试精度高。
实施例2：
本实施例提供一种较为基础的实现方式，本实施例公开一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，参见图1和图5，包括底座1、减速器支架2、电机盘3、减速器电机5、测试盘6、输出加载轴8和加载系统。
所述减速器支架2竖直焊接在底座1上。待测的减速器4安装在减速器支架2中。
所述电机盘3通过螺栓安装在减速器4的输入端侧壁上。所述减速器电机5通过螺栓连接固定在电机盘3上。所述减速器电机5的输出轴与减速器4的输入端通过键连接。
所述测试盘6与减速器4输出端固定。所述测试盘6上安装有倾角传感器7。
参见图4，所述输出加载轴8与减速器4输出端同轴布置，所述输出加载轴8一端通过螺栓连接在测试盘6上，另一端连接有调心圆柱滚子轴承9。具体地，调心圆柱滚子轴承9一侧通过在输出加载轴8设置轴肩进行定位，另一侧通过锁紧螺母16进行定位。
所述加载系统包括电动缸支架10、伺服电动缸11、拉压力传感器12和加载卡爪13。
所述电动缸支架10竖直焊接在底座1上，与减速器支架2相对应，实验台底座1、电动缸支架10和减速器支架2形成一个整体，能够放置于地面或者其他实验台上，无需定位，方便搬运。
带有调心圆柱滚子轴承9的输出加载轴8穿入在电动缸支架10内部。所述伺服电动缸11采用前法兰安装的方式竖直安装在电动缸支架10上端。伺服电动缸11的输出端竖直向下，伸入在电动缸支架10中。
所述拉压力传感器12上端连接在伺服电动缸11的输出端上。所述加载卡爪13连接在拉压力传感器12的下端。所述加载卡爪13调心圆柱滚子轴承9相对应，加载卡爪13下端设置有与调心圆柱滚子轴承9相适应的凹槽901。
工作时，所述伺服电动缸11的输出端伸长，带动加载卡爪13向下运行，加载卡爪13对调心圆柱滚子轴承9施加竖直向下的载荷。
在进行静态测试时，通过控制减速器电机5转动，带动减速器4的输出端转动，从而带动测试盘6转动，将高精度的倾角传感器7水平吸附在测试盘6上。高精度的倾角传感器7可对减速器4的输出端4偏转角度值进行快速准确的测量，安装要求低，稳定性好，效率较高。本实施例采用精度为0.001°的倾角传感器7，能够实时输出当前的姿态倾角，性能可靠，抗外界电磁干扰能力、承受冲击震动能力，并提供多种输出接口，能够在配套的上位机上直接观测数据。
当伺服电动缸11向下施加载荷时，加载卡爪13贴合在调心圆柱滚子轴承9表面。当伺服电动缸11继续向下施加加载，此时拉压力传感器12压紧加载卡爪13，使伺服电动缸11输出端对输出加载轴10上的调心圆柱滚子轴承9施加竖直向下的载荷。通过拉压力传感器12的力反馈，精确控制伺服电动缸11输出端的移动距离。上位机，拉压力传感器12和伺服电动缸11构成闭环压力控制，对输出加载轴8施加精确可控的弯矩。同时，安装在测试盘6上的高精度倾角传感器7实时测出减速器4的偏转角度，根据采集到的输出载荷和偏转角度的对应关系，就可以计算出减速器的弯曲刚度。
本实施例公开的机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，通过在减速器支架上增设安装盘，可以在只更换安装盘而不变动其他设备的情况下，实现对多种型号的机器人减速器进行测试。在输出加载轴上安装调心圆柱滚子轴承，利用伺服电动缸带动加载卡爪对滚子轴承进行加载，实现了对减速器动态运转工况下的加载。高精度的倾角传感器采集减速器偏转角度，根据采集到的输出载荷和偏转角度的对应关系，即可计算获得减速器的弯曲刚性曲线，可以满足多种型号机器人减速器及其主轴承弯曲刚性和加载疲劳性能的测试，试验装置结构简单、工作可靠、加载方便。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图2，所述减速器支架5上安装有一个可更换的安装盘14，所述安装盘14通过螺栓与减速器支架5固定。所述安装盘14中设置有减速器容纳孔。所述减速器4通过螺栓连接在安装盘14的减速器容纳孔中，固定于减速器支架5上。不同型号的减速器4都对应一个不同减速器容纳孔尺寸的安装盘11，当需要测试不同型号减速器时，只需要更换安装盘11即可，而不用更换整个减速器支架5，即可实现对多型号的机器人减速器进行测试。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，参见图3，所述测试盘6包括圆盘61和L型支架62。
所述圆盘61通过螺栓与减速器4的输出端紧密连接。所述L型支架62包括竖直部和水平部。所述竖直部竖直焊接在圆盘61侧壁上，所述水平部垂直于圆盘61布置。所述倾角传感器7水平固定在L型支架62的水平部上。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述拉压力传感器12采用上下双螺纹孔的柱型剪切结构。所述伺服电动缸11的输出端上设置有外螺纹。所述拉压力传感器12上端通过螺纹连接在伺服电动缸11的输出端上。所述拉压力传感器12下端的螺纹孔连接有内六角的螺钉15。所述加载卡爪13上端吊装在螺钉15的螺帽上。加载卡爪13与拉压力传感器12之间并未压紧接触，使其可以在螺钉15上自由转动以调整方向。
当伺服电动缸11向下施加载荷时，加载卡爪13能够自适应调整位置，贴合在调心圆柱滚子轴承9表面。当伺服电动缸11继续向下施加加载，此时拉压力传感器12压紧加载卡爪13，使伺服电动缸11输出端对输出加载轴10上的调心圆柱滚子轴承9施加竖直向下的载荷。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述减速器电机5、倾角传感器7、拉压力传感器12和伺服电动缸11均与上位机连接。
通过上位机输出控制指令能够分别控制减速器电机5和伺服电动缸11运行。所述倾角传感器7能够实时测量减速器4输出端的偏转角度，并实时输出至上位机。所述拉压力传感器12能够实时测量伺服电动缸11输出端对调心圆柱滚子轴承9施加的压力，并将压力信息实时输出至上位机。

Claims (5)

1.一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，其特征在于：包括所述底座(1)、减速器支架(2)、电机盘(3)、减速器电机(5)、测试盘(6)、输出加载轴(8)和加载系统；
所述减速器支架(2)竖直安装在底座(1)上；待测的减速器(4)安装在减速器支架(2)中；
所述电机盘(3)安装在减速器(4)的输入端侧壁上；所述减速器电机(5)固定在电机盘(3)上；所述减速器电机(5)的输出轴与减速器(4)的输入端连接；
所述测试盘(6)与减速器(4)输出端固定；所述测试盘(6)上安装有倾角传感器(7)；
所述输出加载轴(8)一端固接在测试盘(6)上，另一端连接有调心圆柱滚子轴承(9)。所述输出加载轴(8)与减速器(4)输出端同轴布置；
所述加载系统包括电动缸支架(10)、伺服电动缸(11)、拉压力传感器(12)和加载卡爪(13)；
所述电动缸支架(10)竖直安装在底座(1)上；带有调心圆柱滚子轴承(9)的输出加载轴(8)穿入在电动缸支架(10)内部；所述伺服电动缸(11)竖直安装在电动缸支架(10)上端；所述拉压力传感器(12)上端连接在伺服电动缸(11)的输出端上；所述加载卡爪(13)连接在拉压力传感器(12)的下端；所述加载卡爪(13)调心圆柱滚子轴承(9)相对应，加载卡爪(13)下端设置有与调心圆柱滚子轴承(9)相适应的凹槽(901)；
工作时，所述伺服电动缸(11)的输出端伸长，带动加载卡爪(13)向下运行，加载卡爪(13)对调心圆柱滚子轴承(9)施加竖直向下的载荷。
2.根据权利要求1所述的一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，其特征在于：所述减速器支架(5)上设有用于安装减速器(4)的安装盘(14)，所述安装盘(14)通过螺栓与减速器支架(5)固定；
所述减速器(4)通过螺栓与安装盘(14)连接，固定于减速器支架(5)上。
3.根据权利要求3所述的一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，其特征在于：所述测试盘(6)包括圆盘(61)和L型支架(62)；
所述圆盘(61)通过螺栓与减速器(4)的输出端紧密连接；所述L型支架(62)包括竖直部和水平部；所述竖直部竖直固定在圆盘(61)侧壁上，所述水平部垂直于圆盘(61)布置；所述倾角传感器(7)水平固定在L型支架(62)的水平部上。
4.根据权利要求1所述的一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，其特征在于：所述拉压力传感器(12)上下端均设置有螺纹孔；所述伺服电动缸(11)的输出端上设置有外螺纹；所述拉压力传感器(12)上端通过螺纹连接在伺服电动缸(11)的输出端上；所述拉压力传感器(12)下端的螺纹孔连接有螺钉(15)；所述加载卡爪(13)上端吊装在螺钉(15)的螺帽上；
当伺服电动缸(11)向下施加载荷时，加载卡爪(13)能够自适应调整位置，贴合在调心圆柱滚子轴承(9)表面；当伺服电动缸(11)继续向下施加加载，此时拉压力传感器(12)压紧加载卡爪(13)，使伺服电动缸(11)输出端对输出加载轴(10)上的调心圆柱滚子轴承(9)施加竖直向下的载荷。
5.根据权利要求1所述的一种机器人减速器弯曲刚性和加载疲劳性能联合测试试验装置，其特征在于：所述减速器电机(5)、倾角传感器(7)、拉压力传感器(12)和伺服电动缸(11)均与上位机连接；
工作时，通过上位机输出控制指令分别控制减速器电机(5)和伺服电动缸(11)运行；所述倾角传感器(7)实时测量减速器(4)输出端的偏转角度，并实时输出至上位机；所述拉压力传感器(12)实时测量伺服电动缸(11)输出端对调心圆柱滚子轴承(9)施加的压力，并将压力信息实时输出至上位机。
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