CN112304604A

CN112304604A - 一种rv减速器的试验装置

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Publication number: CN112304604A
Application number: CN202010981387.9A
Authority: CN
Inventors: 彭翀; 王贺东; 朱孔锋; 左文光; 陈苗; 蔡昱珍
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2021-02-02

Abstract

本发明属于减速器测试技术领域，具体涉及一种RV减速器的试验装置。本发明中的RV减速器的试验装置包括基座，基座上设有依次与基座固定连接的伺服电机、输入信号检测组件、RV减速器、输出信号检测组件和磁粉制动器，伺服电机、输入信号检测组件、RV减速器、输出信号检测组件和磁粉制动器同轴设置，还包括故障诊断组件，故障诊断组件设于RV减速器上。通过使用本技术方案中的RV减速器的试验装置，能够对RV减速器进行性能检测和故障诊断，提高了效率，同时试验装置同轴设置提高了准确性，采用输入和输出信号检测组件，能够多个性能参数进行检测，进行对性能指标的全面检测，还采用故障诊断组件，能够检测出RV减速器的故障与否，提升了工作可靠性。

Description

一种RV减速器的试验装置

技术领域

本发明属于减速器测试技术领域，具体涉及一种RV减速器的试验装置。

背景技术

工业机器人作为实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段，在汽车、航空航天、电子、食品、新能源等领域有着广泛应用。作为工业机器人的重要部件，旋转矢量(Rotation Vector，RV)减速器以其体积小，传动比范围大，寿命长，传动平稳，精度保持度高等一些列优点，逐渐取代摆线针轮减速器和谐波减速器，成为工业机器人的主要传动部件。

为保证RV减速器的质量，研发过程中需要对传动效率、传动误差、空程回差、温升以及噪声等多项性能指标进行大量试验分析，对RV减速器进行故障诊断与检测也是一项重要工作。但是现有技术中，缺乏既能实现RV减速器多种性能指标的检测，又能实现故障诊断的功率开放式试验装置。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有技术不能实现同时检测RV减速器性能和故障的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种RV减速器的试验装置，包括：

包括基座，所述基座上设有依次固定连接的伺服电机、输入信号检测组件、RV减速器、输出信号检测组件和磁粉制动器，所述伺服电机、所述输入信号检测组件、所述RV减速器、所述输出信号检测组件和所述磁粉制动器同轴设置，其中，所述RV减速器的试验装置还包括故障诊断组件，所述故障诊断组件设于所述RV减速器上。

通过使用本技术方案中的RV减速器的试验装置，能够同时对RV减速器进行性能检测和故障诊断，提高了试验效率，同时试验装置各部件之间同轴设置，提高了准确性，其中，采用输入信号检测组件和输出信号检测组件，能够对RV减速器的多个性能参数进行检测，从而有利于全面的检测性能指标，同时还采用故障诊断组件，通过分析诊断参数能够检测出RV减速器的故障与否，提升了RV减速器的工作可靠性。

另外，根据本发明的RV减速器的试验装置，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，所述输入信号检测组件的输出端和所述RV减速器的输入轴相连接，所述伺服电机和所述输入信号检测组件之间、所述RV减速器和所述输出信号检测组件之间、所述输出信号检测组件和磁粉制动器之间均通过第一联轴器相连接。

在本发明的一些实施方式中，所述故障诊断组件包括第一振动传感器，所述第一振动传感器的检测方向与所述RV减速器的输入轴的方向相平行。

在本发明的一些实施方式中，所述故障诊断组件还包括第二振动传感器和第三振动传感器，所述第二振动传感器位于垂直于所述输入轴的水平方向且所述第二振动传感器的检测方向与所述水平方向相平行，所述第三振动传感器位于垂直于所述输入轴的竖直方向且所述第三振动传感器的检测方向与所述垂直方向相平行。

在本发明的一些实施方式中，所述输入信号检测组件沿驱动力传输的方向包括输入扭矩传感器和输入角度传感器，所述输入扭矩传感器和所述输入角度传感器通过第二联轴器相连接。

在本发明的一些实施方式中，所述输出信号检测组件沿驱动力传输的方向包括输出角度传感器和输出扭矩传感器，所述输出扭矩传感器和所述输出角度传感器通过第三联轴器相连接。

在本发明的一些实施方式中，所述RV减速器的试验装置还包括温度传感器，所述温度传感器位于所述RV减速器的外表面设置。

在本发明的一些实施方式中，所述RV减速器的试验装置还包括噪声传感器，所述噪声传感器位于所述RV减速器的外表面设置。

在本发明的一些实施方式中，所述RV减速器的试验装置还包括控制组件，所述控制组件包括工控机、伺服驱动器和程控器，所述工控机用于控制所述程控器和所述伺服驱动器，所述伺服驱动器用于控制所述伺服电机，所述程控器用于控制所述磁粉制动器。

在本发明的一些实施方式中，所述RV减速器的试验装置还包括采集组件，所述采集组件包括采集卡和编码器计数卡，所述采集卡和所述编码器计数卡用于采集所述输入信号检测组件和所述输出信号检测组件的检测信号，所述采集卡和所述编码器计数卡分别与所述工控机相连接。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的RV减速器的试验装置的整体结构示意图；

图2示意性地示出了根据本发明实施方式的RV减速器的试验装置的模块结构示意图；

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的RV减速器的试验装置的性能测试和故障诊断的分析方法示意图。

11：基座、12：伺服电机、13：输入信号检测组件、131：输入扭矩传感器、132：输入角度传感器、14：RV减速器、15：输出信号检测组件、151：输出角度传感器、152：输出扭矩传感器、16：磁粉制动器、17：第一联轴器、18：第二联轴器、19：第三联轴器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的RV减速器的试验装置的整体结构示意图。图2示意性地示出了根据本发明实施方式的RV减速器的试验装置的模块结构示意图。本发明提出了一种RV减速器的试验装置。如图1和2所示，本发明中的RV减速器的试验装置包括基座11，基座11上设有依次与基座11固定连接的伺服电机12、输入信号检测组件13、RV减速器14、输出信号检测组件15和磁粉制动器16，伺服电机12、输入信号检测组件13、RV减速器14、输出信号检测组件15和磁粉制动器16同轴设置，其中，RV减速器14的试验装置还包括故障诊断组件，故障诊断组件设于RV减速器14上。

通过使用本技术方案中的RV减速器的试验装置，能够同时对RV减速器14进行性能检测和故障诊断，提高了试验效率，同时试验装置各部件之间同轴设置，提高了准确性，其中，采用输入信号检测组件13和输出信号检测组件15，能够对RV减速器14的多个性能参数进行检测，从而有利于全面的检测性能指标，同时还采用故障诊断组件，通过分析诊断参数能够检测出RV减速器14的故障与否，提升了RV减速器14的工作可靠性。

进一步地，在本发明的一些实施例中，输入信号检测组件13的输出端和RV减速器14的输入轴相连接，伺服电机12和输入信号检测组件13之间、RV减速器14和输出信号检测组件15之间、输出信号检测组件15和磁粉制动器16之间均通过第一联轴器17相连接。联轴器能够缓冲、减振和提高轴系间的动态性能，在以上两者之间增设联轴器，可以提升整体试验装置的准确性和稳定性。

进一步地，在本发明的一些实施例中，故障诊断组件包括第一振动传感器，第一振动传感器的检测方向与RV减速器14的输入轴的方向相平行。第一振动传感器用于检测RV减速器14轴向上的振动信息，进而计算后续的故障诊断，提升了RV减速器14的工作可靠性。其中，第一振动传感器的检测方向也可以与RV减速器14的输出轴的方向相平行，同样能够检测轴向上的振动信息。

具体地，在本发明的一些实施例中，故障诊断组件还包括第二振动传感器和第三振动传感器，第二振动传感器位于垂直于输入轴的水平方向且第二振动传感器的检测方向与水平方向相平行。第二振动传感器用于检测RV减速器14水平方向上的振动信息，结合第一振动传感器的检测参数，可以更加准确的得出故障诊断的结果，提升了准确性。第三振动传感器位于垂直于输入轴的竖直方向且第三振动传感器的检测方向与垂直方向相平行。第三振动传感器用于检测RV减速器14竖直方向上的振动信息，结合第一振动传感器和第二振动传感器的检测参数，可以更加准确的得出故障诊断的结果，提升了准确性。其中，第二振动传感器也可以位于垂直于输出轴的水平方向且第二振动传感器的检测方向与水平方向相平行，同样能够检测水平方向上的振动信息。第三振动传感器也可以位于垂直于输出轴的竖直方向且第三振动传感器的检测方向与垂直方向相平行，同样能够检测竖直方向上的振动信息。

进一步地，在本发明的一些实施例中，输入信号检测组件13沿驱动力传输的方向包括输入扭矩传感器131和输入角度传感器132，输入扭矩传感器131和输入角度传感器132通过第二联轴器18相连接。输入扭矩传感器131用于检测输入RV减速器14的扭矩信息，结合后续的输出扭矩传感器152的扭矩信息能够检测RV减速器14的传动效率。输入角度传感器132用于检测输入RV减速器14的角度信息，结合后续输出角度传感器151的角度信息能够检测RV减速器14的传递误差和空程回差，可以更加清楚地了解RV减速器14的性能。

具体地，在本发明的一些实施例中，输出信号检测组件15沿驱动力传输的方向包括输出角度传感器151和输出扭矩传感器152，输出扭矩传感器152和输出角度传感器151通过第三联轴器19相连接。输出角度传感器151和输出扭矩传感器152结合相对应的输入角度传感器132和输入扭矩传感器131能够检测出RV减速器14的传动效率、传递误差和空程回差，使得RV减速器14的性能更加直观，便于更直接的了解RV减速器14性能的好坏。

进一步地，在本发明的一些实施例中，RV减速器的试验装置还包括温度传感器，温度传感器位于RV减速器14的外表面设置。温度传感器在RV减速器14运行过程中，能够对RV减速器14进行温升试验，进一步地了解RV减速器14的相关参数，从而对以后的改善起到了一定的数据支持。

具体地，在本发明的一些实施例中，RV减速器的试验装置还包括噪声传感器，噪声传感器位于RV减速器14的外表面设置。噪声传感器在RV减速器14运行过程中，能够对RV减速器14进行噪声试验，进一步地了解RV减速器14的噪声的相关参数，对以后的噪声改善起到了一定的数据支持。

进一步地，在本发明的一些实施例中，RV减速器的试验装置还包括控制组件，控制组件包括工控机、伺服驱动器和程控器，工控机用于控制程控器和伺服驱动器，伺服驱动器用于控制伺服电机12，程控器用于控制磁粉制动器16。工控机通过伺服驱动器控制伺服电机12按要求输出转速，为测试实验台提供动力。利用工控机预先设定好控制程序，并通过程控器可以控制磁粉制动器16，可以为试验装置提供扭矩负载。

进一步地，在本发明的一些实施例中，RV减速器的试验装置还包括采集组件，采集组件包括采集卡和编码器计数卡，采集卡和编码器计数卡用于采集输入信号检测组件13和输出信号检测组件15的检测信号，采集卡和编码器计数卡分别与工控机相连接。试验台在规定的转速与负载条件下工作时，工控机通过信号采集卡与扭矩传感器、温度传感器、噪声传感器、振动传感器相连接，进而采集扭矩数据、温度数据、噪声数据与振动信号，通过编码器计数卡与角度传感器连接采集角度数据，为后续的RRV减速器14的性能计算提供了数据支撑。其中，本发明中的采集卡为A/D采集卡。

具体地，在本发明的一些实施例中，伺服电机12、输入扭矩传感器131、输入角度传感器132、RV减速器14、输出角度传感器151、输出扭矩传感器152和磁粉制动器16分别通过各自对应的支架与基座11相连接。本发明的开放式的装置结构简单，便于待测减速器的装拆，利于减速器的批量测试。

进一步地，在本发明中，在对RV减速器14进行性能试验时，应考虑采集和测量结果的可行性，包括数据的准确性，安全性。所以对参数的测量宜同时或在同样的环境条件下进行，并满足以下的条件：

1.试验应在专用的试验装置上进行；

2.试验时，室内的环境温度应在5-40℃范围内，RV减速器14周围空气应自由流通，不允许采取强迫流通的方式；

3.试验时，RV减速器14的转速不得超过额定转速；

4.试验时，RV减速器14的载荷不得超过额定负载的200％；

5.试验测量时应使用工作时的润滑系统，并且润滑油的黏度应和工作时润滑油的黏度相同。

对于RV减速器14的传动效率测试，应在RV减速器14额定转速下，按其工作所规定的旋转方向，通过输入轴和输出轴的转速及转矩进行测试，具体步骤为：

1.RV减速器14在进行负载试验前，应进行30min的空载试验；

2.空载试验后，进行负载试验。负载试验时，按RV减速器14输入端的额定输入功率的25％、50％、75％和100％四个阶段逐步加载，其中前三个加载阶段的每一阶段运转时间不大于1h。在额定输入功率为100％加载阶段的运转时间，应以润滑剂温升稳定为准，但不少于1h。在每个加载阶段内应同时从RV减速器14的输入端和输出端分别测取10组转速、转矩数据；

3.负载试验后，RV减速器14应在额定输入转速下，按其输入端的额定输入功率的160％进行过载试验，试验时间不少于2min。

进一步地，在本发明中，过载试验后，RV减速器14应能正常运转。对于RV减速器14的传动误差诊断，做好试验前的检查和准备工作后，利用试验装置的测控系统控制待测RV减速器14在空载或轻载的工况下，按照工作所规定的旋转方向进行测量试验，步骤如下：

1.RV减速器14在进行试验前，应进行30min的空载跑合(空载就是把磁粉制动器16(负载装置)的载荷调节为0，试验台在没有载荷的状态下运转)；

2.测控系统编程可控制电机使RV减速器的输出端每次转过5°，即RV减速器14的输入轴转过5×i度(i为减速器的减速比)，利用角度编码器测得每次的实际输出角度(输出端转动一周为一组)；

3.重复试验，存取有效试验数据。

进一步地，在本发明中，对于空程回差的测量，考虑到RV减速器传动比较大，如果直接测量输出轴回差，则必须用输出轴驱动输入轴，这与实际传动路线不符且需较大驱动力矩。所以在实际的操作过程中，一般会在输出轴不动的情况下，输入轴进行空载正反向转动测量的空程回差。利用磁粉制动器16，使RV减速器14的输出轴在不转动范围内，输入轴反转过的角度即为RV减速器14输入轴回差，除以减速比即为输出轴回差，试验步骤如下：

1.RV减速器14在进行试验前，应进行30min的空载跑合；

2.利用磁粉制动器16对RV减速器14进行加载，加载到3％额定转矩(加载状态就是调节磁粉制动器16电流，使得磁粉制动器16产生载荷。磁粉制动器16的加载载荷可以通过制动器自带的控制器调节)；

3.控制伺服电机12以10r/min的低速以正方向运行两圈后再以负方向运行两圈，通过角度传感器可以测得输入轴和输出轴的角度变化；

4.重复试验，存取有效试验数据。

进一步地，在本发明中，如图3所示，对于RV减速器14的故障诊断，可以采用噪声传感器采集获取的噪声信号进行诊断，也可以根据振动传感器采集获取的振动信号。振动信号故障诊断的分析方式分为时域分析、频域分析和综合分析，本实施例采用综合分析中的非线性输出频率响应函数频谱进行分析。利用测试试验台施输入4组谐波信号，谐波形式为u(t)＝A cos(w_Ft+B)，其中频率ω_F幅值为0.4π，幅值为A₁＝300r/s，A₂＝350r/s，A₃＝400r/s，A₄＝450r/s，通过振动传感器，获取输入输出信号。利用输入输出信号，通过最小二乘法获得RV减速器14的非线性输入输出函数的前4阶频谱，不同故障类型的减速器前4阶频谱会呈现出不同特征，且相同故障类型故障特征具有相似性，通过比较分析前4阶频谱即可对RV减速器14进行故障诊断。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种RV减速器的试验装置，其特征在于，包括基座，所述基座上设有依次与所述基座固定连接的伺服电机、输入信号检测组件、RV减速器、输出信号检测组件和磁粉制动器，所述伺服电机、所述输入信号检测组件、所述RV减速器、所述输出信号检测组件和所述磁粉制动器同轴设置，其中，所述RV减速器的试验装置还包括故障诊断组件，所述故障诊断组件设于所述RV减速器上。

2.根据权利要求1所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述输入信号检测组件的输出端和所述RV减速器的输入轴相连接，所述伺服电机和所述输入信号检测组件之间、所述RV减速器和所述输出信号检测组件之间、所述输出信号检测组件和磁粉制动器之间均通过第一联轴器相连接。

3.根据权利要求1所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述故障诊断组件包括第一振动传感器，所述第一振动传感器的检测方向与所述RV减速器的输入轴的方向相平行。

4.根据权利要求3所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述故障诊断组件还包括第二振动传感器和第三振动传感器，所述第二振动传感器位于垂直于所述输入轴的水平方向且所述第二振动传感器的检测方向与所述水平方向相平行，所述第三振动传感器位于垂直于所述输入轴的竖直方向且所述第三振动传感器的检测方向与所述垂直方向相平行。

5.根据权利要求1所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述输入信号检测组件沿驱动力传输的方向包括输入扭矩传感器和输入角度传感器，所述输入扭矩传感器和所述输入角度传感器通过第二联轴器相连接。

6.根据权利要求1所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述输出信号检测组件沿驱动力传输的方向包括输出角度传感器和输出扭矩传感器，所述输出扭矩传感器和所述输出角度传感器通过第三联轴器相连接。

7.根据权利要求1所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述RV减速器的试验装置还包括温度传感器，所述温度传感器位于所述RV减速器的外表面设置。

8.根据权利要求1所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述RV减速器的试验装置还包括噪声传感器，所述噪声传感器位于所述RV减速器的外表面设置。

9.根据权利要求1所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述RV减速器的试验装置还包括控制组件，所述控制组件包括工控机、伺服驱动器和程控器，所述工控机用于控制所述程控器和所述伺服驱动器，所述伺服驱动器用于控制所述伺服电机，所述程控器用于控制所述磁粉制动器。

10.根据权利要求1所述的RV减速器的试验装置，其特征在于，所述RV减速器的试验装置还包括采集组件，所述采集组件包括采集卡和编码器计数卡，所述采集卡和所述编码器计数卡用于采集所述输入信号检测组件和所述输出信号检测组件的检测信号，所述采集卡和所述编码器计数卡分别与所述工控机相连接。