CN114705248B - 一种转动单元的测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转动单元的测试设备，包括机架，X轴移动驱动装置，至少一个用于安装被测转动单元的定位治具，Z轴升降驱动装置，负载旋转驱动装置，角度编码器，扭矩转速传感器，以及连接轴，Z轴升降驱动装置通过支架安装在机架的工作台上，负载旋转驱动装置安装在Z轴升降驱动装置的升降部位，扭矩转速传感器安装在Z轴升降驱动装置的升降部位且位于负载旋转驱动装置下方，角度编码器安装在Z轴升降驱动装置的升降部位上且位于扭矩转速传感器的下方，连接轴纵向且可旋转地穿设于角度编码器的中心孔中。本发明可对被测转动单元的扭矩、转速、角度数值进行检测，从而满足企业对被测转动单元的通用性能测试需求。

Description

一种转动单元的测试设备

技术领域

本发明涉及测试设备的技术领域，更具体地说，是涉及一种转动单元的测试设备。

背景技术

机器人应用和发展前景综述研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人，另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。

在机器人最核心部件就数其关节了，一般机器人由一个或多个被测转动单元来完成不同的动作，可见其重要性。被测转动单元(即机器关节)一般可以由电机、减速机和控制单元(内含旋变编码器)组成，目前市场上还没有对被测转动单元的性能进行检测的设备，有的话都是针对某一个功能的检测，这对终端客户来讲是一个难点。毕竟在前期研发，生产没有数据化验证，都是基于理论值。因此，有必要发明一种能够用于被测转动单元的通用性检测设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种转动单元的测试设备。

为实现上述目的，本发明提供了一种转动单元的测试设备，包括机架，X轴移动驱动装置，至少一个用于安装被测转动单元的定位治具，Z轴升降驱动装置，负载旋转驱动装置，角度编码器，扭矩转速传感器，以及连接轴，所述Z轴升降驱动装置通过支架安装在机架的工作台上，所述负载旋转驱动装置安装在Z轴升降驱动装置的升降部位，所述扭矩转速传感器通过第一安装座安装在Z轴升降驱动装置的升降部位且位于负载旋转驱动装置下方，所述角度编码器通过第二安装座纵向安装在Z轴升降驱动装置的升降部位上且位于扭矩转速传感器的下方，所述连接轴纵向且可旋转地穿设于角度编码器的中心孔中，所述扭矩转速传感器的输入部位与负载旋转驱动装置的输出部位相连接，所述扭矩转速传感器的输出部位通过第一联轴器与连接轴的上端相连接，所述X轴移动驱动装置安装在机架的工作台上，所述定位治具通过治具安装座安装在X轴移动驱动装置的平移部位且位于连接轴下方。

作为优选的实施方式，所述负载旋转驱动装置设置为负载电机，所述负载电机通过电机安装架朝下安装在Z轴升降驱动装置的升降部位上端，所述负载电机的输出轴通过第二联轴器与扭矩转速传感器的输入部位相连接。

作为优选的实施方式，所述Z轴升降驱动装置包括第一直线模组、第一传动轴、第三联轴器和带刹车的第一伺服电机，所述第一直线模组纵向安装在支架上，所述第一伺服电机安装在支架上且位于第一直线模组下方，所述第一传动轴通过第一传动轴安装座纵向且可旋转地安装支架上，所述第一传动轴的下端通过第三联轴器与第一伺服电机的输出轴相连接，所述第一传动轴的上端与第一直线模组的丝杆下端同步连接。

作为优选的实施方式，还包括转动手轮、同步带、同步轮和转轴，所述转轴通过转轴座纵向且可旋转地安装在支架的侧边，所述转动手轮安装在转轴顶部，所述同步轮设有两个并分别安装在转轴上和Z轴升降驱动装置的第一传动轴上，两个同步轮通过同步带实现同步连接。

作为优选的实施方式，所述治具安装座包括底板和至少一块治具固定板，所述治具固定板安装在底板顶部并沿着X轴方向依次布置，所述底板上设有分别位于各自对应的治具固定板的Y轴方向两侧的Y轴微调装置，所述Y轴微调装置包括微调螺丝和螺丝安装块，所述螺丝安装块与底板固定连接，所述螺丝安装块上贯穿设置有螺丝安装孔，所述微调螺丝螺纹穿设于螺丝安装块的螺丝安装孔中并平行于Y轴方向布置，所述微调螺丝的末端分别与各自对应的治具固定板的Y轴方向两侧相抵接，所述定位治具分别固定安装在各自对应的治具固定板。

作为优选的实施方式，所述定位治具包括底座和安装板，所述底座的顶部环形设置有若干个定位销，所述安装板上环形设置有若干个定位孔，所述安装板放置在底座顶部并通过定位销插入到定位孔中，从而定位放置在底座上，所述安装板上设置有若干个环形分布于其中心通孔外围的螺丝安装孔，所述底座的侧壁上开设有穿线孔。

作为优选的实施方式，所述X轴移动驱动装置设置为平移模组，所述平移模组平行于X轴方向布置。

作为优选的实施方式，所述机架的工作台顶部设有位于机架的入口处两侧的安全光栅，所述机架的底部四个角落设有移动脚轮，所述机架的上端正面设有控制显示屏。

作为优选的实施方式，所述定位治具设置有三个，所述定位治具沿着X轴方向依次布置，每个定位治具的高度均不相同。

作为优选的实施方式，还包括电阻测试仪，所述电阻测试仪安装在机架下端。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的结构新颖，设计合理，设置有Z轴移动驱动装置、X轴移动驱动装置、扭矩转速传感器、负载旋转驱动装置和角度编码器，可对被测转动单元的扭矩、转速、角度数值进行检测，从而满足企业对被测转动单元的通用性能测试需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的结构示意图一；

图2是本发明实施例提供的结构示意图二；

图3是本发明实施例提供的负载部位的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的定位治具部位的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的定位治具的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的定位治具部位的侧视图。

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作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。

请参考图1至图6，本发明的实施例提供了一种转动单元的测试设备，包括机架1，X轴移动驱动装置2，三个用于安装被测转动单元的定位治具3，Z轴升降驱动装置4，负载旋转驱动装置5，角度编码器6，扭矩转速传感器7，连接轴8，转动手轮13，同步带14，同步轮15，转轴16和电阻测试仪21，下面将对各个组成部分的结构及其工作原理进行说明。

优选的，Z轴升降驱动装置4可以包括第一直线模组41、第一传动轴42、第三联轴器44和带刹车的第一伺服电机43，第一直线模组41通过支架9纵向安装在机架1的工作台上，第一伺服电机43安装在支架9上且位于第一直线模组41下方，第一传动轴42通过第一传动轴安装座45纵向且可旋转地安装支架9上，第一传动轴42的下端通过第三联轴器44与第一伺服电机43的输出轴相连接，第一传动轴42的上端与第一直线模组41的丝杆下端同步连接。

具体而言，负载旋转驱动装置5可以设置为负载电机，负载电机通过电机安装架朝下安装在第一直线模组41的升降部位上端，扭矩转速传感器7通过第一安装座71安装在第一直线模组41的升降部位且位于负载电机下方，角度编码器6通过第二安装座61纵向安装在第一直线模组41的升降部位上且位于扭矩转速传感器7的下方，连接轴8纵向且可旋转地穿设于角度编码器6的中心孔中，负载电机的输出轴通过第二联轴器12与扭矩转速传感器7的输入部位相连接，扭矩转速传感器7的输出部位通过第一联轴器10与连接轴8的上端相连接。

转轴16通过转轴座17纵向且可旋转地安装在支架9的侧边，转动手轮13安装在转轴16顶部，同步轮15设有两个并分别安装在转轴16上和第一传动轴42上，两个同步轮15通过同步带14实现同步连接。其中，本设备还可以设置有备用电池组，当工厂停电或紧急断电时，用户可打开设备的调试档位，使到备用电池向第一伺服电机的刹车器供电，使到该刹车器解除刹车，然后用户可拧松连接轴与被测转动单元之间的联轴器，通过旋动转动手轮，使到负载电机部位上升，然后再将被测转动单元取出。

X轴移动驱动装置2可以设置为平移模组，平移模组安装在机架1的工作台底部，平移模组平行于X轴方向布置，定位治具3设有三个，定位治具3通过治具安装座11安装在X轴移动驱动装置2的平移部位且位于连接轴8下方，定位治具3沿着X轴方向依次布置，每个定位治具3的高度均不相同。

如图5所示，定位治具3可以包括底座31和安装板32，底座31的顶部环形设置有若干个定位销33，安装板32上环形设置有若干个定位孔34，安装板32放置在底座31顶部并通过定位销33插入到定位孔34中，从而定位放置在底座31上，安装板32上设置有若干个环形分布于其中心通孔外围的螺丝安装孔35，底座31的侧壁上开设有穿线孔36，穿线孔36的设计方便电机连接线的布线。

如图6所示，治具安装座11可以包括底板111和三块治具固定板112，治具固定板112安装在底板111顶部并沿着X轴方向依次布置，底板111上设有分别位于各自对应的治具固定板112的Y轴方向两侧的Y轴微调装置113，Y轴微调装置113包括微调螺丝114和螺丝安装块115，螺丝安装块115与底板111固定连接，螺丝安装块115上贯穿设置有螺丝安装孔，微调螺丝114螺纹穿设于螺丝安装块115的螺丝安装孔中并平行于Y轴方向布置，微调螺丝114的末端分别与各自对应的治具固定板112的Y轴方向两侧相抵接，定位治具3分别固定安装在各自对应的治具固定板112。

在需要调节定位治具3的Y轴方向位置时，用户可通过旋动相对应的微调螺丝，使到微调螺丝带动相应的治具固定板沿着Y轴方向移动，从而实现定位治具的Y轴微调。

为了提升该设备的安全性，机架1的工作台顶部可以设有位于机架1的入口处两侧的安全光栅18。

为了方便移动该设备，机架1的底部四个角落设有移动脚轮19。

电阻测试仪21安装在机架1下端，机架1的上端正面设有控制显示屏20。

在此需要说明的是，本实施例的机架下端设置有工业控制计算机22，本实施例的扭矩转速传感器、角度编码器、被测转动单元的控制单元和电机部位以及各个电机均与工业控制计算机电连接，本发明的控制显示屏与工业控制计算机电连接，电阻测试仪用于测量被测转动单元的电机部位的两引出线之间的电阻值，但是本实施例并不涉及此方面的改进，在此不再赘述。

工作时，用户可通过螺丝将被测转动单元锁紧在安装板上，然后将安装板放上底座，使到底座上的定位销插入到安装板的定位孔中，从而实现安装板的定位，然后在使用连接线将被测转动单元的控制单元和电机部位分别与工业控制计算机连接起来，之后X轴移动驱动装置能够带动被测转动单元沿着X轴方向移动，使到其进入检测工位，用户可通过Y轴微调装置微调被测转动单元的位置，使到被测转动单元的输出部位对准连接轴，然后Z轴移动驱动装置带动连接轴下降，用户再使用联轴器将连接轴和被测转动单元的输出轴连接起来，此时便可开始检测。

在进行跑合同心度测试时，用户可操作控制显示屏使到工业控制计算机驱动被测转动单元在设定转速和角度下往复运行(运行时间一般设置为30分钟)，之后可通过人工判断被测转动单元的各个连接件、紧固件是否松动，各密封处、各结合处是否漏油、渗油，运转是否平稳，是否发生冲击、异响等，其中，本设备还可以设置振动传感器用于辅助检测被测电机是否有冲击。

在进行传动精度静态测试时，负载电机不加载的情况下使工业控制计算机驱动被测转动单元旋转一个或多个角度，同时工业计算机高速采集分别由被测转动单元的旋变编码器和角度编码器反馈回来的角度信号，根据公式计算出两者的差值，之后间隔一定时间继续旋转一个角度，得出被测转动单元的回转精度，如此，被测转动单元的轴旋转一周后，就可得出正反转精度值和回差数值。

在进行传动精度动态测试时，负载电机不加载的情况下使工业控制计算机驱动被测转动单元旋转一个或多个角度，同时工业计算机连续采集分别由被测转动单元的旋变编码器和角度编码器反馈回来的角度信号，进而绘制出两者的角度值动态曲线图，用户可将两者的角度值动态曲线图进行对比。

在进行位置准确度测试时，通过读取被测转动单元的旋变编码器的值闭环控制被测转动单元旋转一个或多个角度后停顿一定时间，通过角度编码器记录当前角度值，退回至原始位置并记录原始位置角度值，之后按此规律反复运行，通过记录的值根据公式计算出位置准确度和位置重复性数据，其中，此过程可不带负载测试，也可带负载测试。

在进行摆角测试和扭矩测试时，被测转动单元处于使能状态，负载电机给被测转动单元的输出端逐渐加载至额定转矩后卸载，再反向逐渐加载至额定转矩后卸载，之后角度编码器记录被测转动单元的输出轴对应的转角值，扭矩转速传感器记录被测转动单元的输出轴对应的转矩值，绘制出滞回曲线，按照公式计算被测转动单元的电机部位的刚度和回差。

在进行输出力矩测试时，工业控制计算机控制被测转动单元连续运转，同时控制负载电机输出至用户设定扭矩，通过采集角度编码器的值来判断被测转动单元在额定负载的情况下能否正常运转。

在进行启动电流测试时，工业控制计算机控制被测转动单元运行至设定转速，然后通过限制被测转动单元的控制器的电流，通过负载电机给被测转动单元加载，测试被测转动单元在不同限制电流的情况下的堵转力矩。

在进行断电保持测试时，工业控制计算机控制被测转动单元的步进电机断电，之后控制负载电机逐步从0Nm施加外部载荷至设定扭矩来拖动被测转动单元输出轴，同时记录此时的扭矩转速传感器的数值、被测转动单元的旋变数值、角度编码器的数值，当转动角度大于某数值(如0.1度)而负载力矩小于设定值(如1.5N.m)时视为不合格，当转动角度小于某数值(如0.1度)而负载力矩大于设定值(如2.5N.m)时视为被测转动单元内部卡死为不合格。

综上所述，本发明的结构新颖，设计合理，设置有Z轴移动驱动装置、X轴移动驱动装置、扭矩转速传感器、负载旋转驱动装置和角度编码器，可对被测转动单元的扭矩、转速、角度数值进行检测，从而满足企业对被测转动单元的通用性能测试需求。

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 (10)

1.一种转动单元的测试设备，其特征在于：包括机架(1)，X轴移动驱动装置(2)，至少一个用于安装被测转动单元的定位治具(3)，Z轴升降驱动装置(4)，负载旋转驱动装置(5)，角度编码器(6)，扭矩转速传感器(7)，以及连接轴(8)，所述Z轴升降驱动装置(4)通过支架(9)安装在机架(1)的工作台上，所述负载旋转驱动装置(5)安装在Z轴升降驱动装置(4)的升降部位，所述扭矩转速传感器(7)通过第一安装座(71)安装在Z轴升降驱动装置(4)的升降部位且位于负载旋转驱动装置(5)下方，所述角度编码器(6)通过第二安装座(61)纵向安装在Z轴升降驱动装置(4)的升降部位上且位于扭矩转速传感器(7)的下方，所述连接轴(8)纵向且可旋转地穿设于角度编码器(6)的中心孔中，所述扭矩转速传感器(7)的输入部位与负载旋转驱动装置(5)的输出部位相连接，所述扭矩转速传感器(7)的输出部位通过第一联轴器(10)与连接轴(8)的上端相连接，所述X轴移动驱动装置(2)安装在机架(1)的工作台上，所述定位治具(3)通过治具安装座(11)安装在X轴移动驱动装置(2)的平移部位且位于连接轴(8)下方。

2.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：所述负载旋转驱动装置(5)设置为负载电机，所述负载电机通过电机安装架朝下安装在Z轴升降驱动装置(4)的升降部位上端，所述负载电机的输出轴通过第二联轴器(12)与扭矩转速传感器(7)的输入部位相连接。

3.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：所述Z轴升降驱动装置(4)包括第一直线模组(41)、第一传动轴(42)、第三联轴器(44)和带刹车的第一伺服电机(43)，所述第一直线模组(41)纵向安装在支架(9)上，所述第一伺服电机(43)安装在支架(9)上且位于第一直线模组(41)下方，所述第一传动轴(42)通过第一传动轴安装座纵向且可旋转地安装支架(9)上，所述第一传动轴(42)的下端通过第三联轴器(44)与第一伺服电机(43)的输出轴相连接，所述第一传动轴(42)的上端与第一直线模组(41)的丝杆下端同步连接。

4.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：还包括转动手轮(13)、同步带(14)、同步轮(15)和转轴(16)，所述转轴(16)通过转轴座(17)纵向且可旋转地安装在支架(9)的侧边，所述转动手轮(13)安装在转轴(16)顶部，所述同步轮(15)设有两个并分别安装在转轴(16)上和Z轴升降驱动装置(4)的第一传动轴(42)上，两个同步轮(15)通过同步带(14)实现同步连接。

5.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：所述治具安装座(11)包括底板(111)和至少一块治具固定板(112)，所述治具固定板(112)安装在底板(111)顶部并沿着X轴方向依次布置，所述底板(111)上设有分别位于各自对应的治具固定板(112)的Y轴方向两侧的Y轴微调装置(113)，所述Y轴微调装置(113)包括微调螺丝(114)和螺丝安装块(115)，所述螺丝安装块(115)与底板(111)固定连接，所述螺丝安装块(115)上贯穿设置有螺丝安装孔，所述微调螺丝(114)螺纹穿设于螺丝安装块(115)的螺丝安装孔中并平行于Y轴方向布置，所述微调螺丝(114)的末端分别与各自对应的治具固定板(112)的Y轴方向两侧相抵接，所述定位治具(3)分别固定安装在各自对应的治具固定板(112)。

6.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：所述定位治具(3)包括底座(31)和安装板(32)，所述底座(31)的顶部环形设置有若干个定位销(33)，所述安装板(32)上环形设置有若干个定位孔(34)，所述安装板(32)放置在底座(31)顶部并通过定位销(33)插入到定位孔(34)中，从而定位放置在底座(31)上，所述安装板(32)上设置有若干个环形分布于其中心通孔外围的螺丝安装孔(35)，所述底座(31)的侧壁上开设有穿线孔(36)。

7.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：所述X轴移动驱动装置(2)设置为平移模组，所述平移模组平行于X轴方向布置。

8.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：所述机架(1)的工作台顶部设有位于机架(1)的入口处两侧的安全光栅(18)，所述机架(1)的底部四个角落设有移动脚轮(19)，所述机架(1)的上端正面设有控制显示屏(20)。

9.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：所述定位治具(3)设置有三个，所述定位治具(3)沿着X轴方向依次布置，每个定位治具(3)的高度均不相同。

10.根据权利要求1所述的一种转动单元的测试设备，其特征在于：还包括电阻测试仪(21)，所述电阻测试仪(21)安装在机架(1)下端。