CN114888846A - 一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法 - Google Patents

一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法，涉及精密传动系统测试技术与装备技术领域。包括以下内容：制作测试机主机，并对工控机进行初始化操作；控制服务机器人小型关节最高转速转动，对负载电机进行等时间等转矩的梯度加载；定时采集输出端圆光栅的角度数据和输出端转矩传感器的数据，以同样的时间间隔定时采集服务机器人小型关节的电流和功率数据，当负载电机的加载力矩使得服务机器人小型关节堵转时，测试结束；工控机将采集到的转矩、转速、电流、效率、功率进行分析处理，得到四条曲线；对四条曲线进行综合分析，得出服务机器人小型关节的最佳工作区域。本发明实现了对小型关节整机最佳工作区域的测试和划分。

Description

一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法
技术领域
本发明属于精密传动系统测试技术与装备技术领域，更具体地说，是涉及一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法。
背景技术
随着服务机器人数量和种类的快速增加，与此相适应的对服务机器人小型关节的表征、测试和评价也成为了研究热点。小型关节是服务机器人执行姿态变换的关键部件，其性能对服务机器人的整机性能和可靠性起决定性作用。小型关节主要由传动、控制和传感三部分组成，其中传动部分由电机、减速器和结构件组成，控制部分由驱动模块及控制通信模块组成，传感器部分使用了关节输出轴位置传感器和电机位置传感器。
最佳工作区域是表征关节工作特性的关键指标，是指关节的输出转矩控制在某一范围时，关节的输出功率和工作效率维持在较高水平，以使关节发挥最佳性能。全面考察机器人关节最佳工作区域的现状，发现整体上呈现出三个方面的特点：一是国内外研发的测试设备主要针对大中型关节，而对小型或微小型关节的测试技术和设备基本上是空白；二是对小型关节最佳工作区域的测试基本上是空白，缺乏相应的测试方法；三是对小型关节最佳工作区域的划分缺乏相应的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法，基于服务机器人小型关节综合性能测试机，实现了对小型关节整机最佳工作区域的测试和划分。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法包括以下内容：
S1：制作测试机主机，并对工控机进行初始化操作；
S2：初始化完成后，控制服务机器人小型关节最高转速转动，运动控制卡和伺服驱动器使负载电机进行等时间等转矩的梯度加载；
S3：数据采集卡中的硬件定时器定时采集输出端圆光栅的角度数据和输出端转矩传感器的数据，电力分析仪以与S2中同样的时间间隔定时采集服务机器人小型关节的电流和功率数据，当负载电机的加载力矩使得服务机器人小型关节堵转时，测试结束；
S4：工控机将采集到的转矩数据、转速数据、电流数据、效率数据、功率数据进行分析处理，得到转矩-速度曲线、转矩-效率曲线、转矩-功率曲线、转矩-电流曲线；
S5：对S4中的四条曲线进行综合分析，得出服务机器人小型关节的最佳工作区域。
优选地，所述转矩-速度曲线、所述转矩-效率曲线、所述转矩-功率曲线、所述转矩-电流曲线的横坐标均为转矩，区间分布为0-堵转转矩；所述转矩-速度曲线的纵坐标为转速，区间分布为0-最大转速；所述转矩-效率曲线的纵坐标为效率，区间分布为0-最大效率；所述转矩-功率曲线的纵坐标为功率，区间分布为0-最大功率；所述转矩-电流曲线的纵坐标为电流，区间分布为0-最大电流。
优选地，S5中的最佳工作区域的纵坐标为最大效率和最大功率之间，相对应的横坐标为1/4堵转转矩和2/3堵转转矩之间。
优选地，S1中的测试机主机包括所述负载电机、所述输出端转矩传感器、所述输出端圆光栅、所述关节夹具，所述服务机器人小型关节安装在所述关节夹具上，所述输出端圆光栅内套设有传动轴，传动轴的一端通过第一联轴器与服务机器人小型关节连接，传动轴的另一端通过第二联轴器与所述输出端转矩传感器连接，所述输出端转矩传感器还与所述负载电机连接，所述负载电机、所述关节夹具均连接在测试机基座上。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明分别提出了一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法，本测试方法基于服务机器人小型关节综合性能测试机，实现了对小型关节整机最佳工作区域的测试和划分，填补了国内在小型关节整机最佳工作区域测试的空白；
2、本发明采用方法具有通用性和可靠性，通过对十几种小型关节整机的最佳工作区域进行测试，测试结果全部符合要求，验证了该测试方法的通用性和可靠性；
3、利用本方法实现了对十几种小型关节整机的最佳工作区域进行研究，为建立面向小型关节的全局质量评价体系提供了坚实基础。
附图说明
图1为服务机器人小型关节综合性能测试机示意图；
图2为服务机器人小型关节综合性能测试机工作原理图；
图3为服务机器人小型关节最佳工作区域的划分示意图；
图中：1、服务机器人小型关节；2、第一联轴器；3、输出端圆光栅；4、第二联轴器；5、输出端转矩传感器；6、负载电机；7、关节夹具；8、测试机基座；9、CAN模块；10、电力分析仪；11、数据采集卡；12、伺服驱动器；13、运动控制卡；14、工控机；15、转矩-速度曲线；16、转矩-效率曲线；17、转矩-功率曲线；18、转矩-电流曲线。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚；完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
如图1-2所示，本申请中的测试机主机包括负载电机6、输出端转矩传感器5、输出端圆光栅3、关节夹具7。服务机器人小型关节1安装在关节夹具7上，输出端圆光栅3内套设有传动轴，传动轴的一端通过第一联轴器2与服务机器人小型关节1连接，传动轴的另一端通过第二联轴器4与输出端转矩传感器5连接，输出端转矩传感器5还与负载电机6连接，负载电机6、关节夹具7均连接在测试机基座8上。服务机器人小型关节1转动时，输出端圆光栅3测量服务机器人小型关节1的输出转速，输出端转矩传感器5测量服务机器人小型关节1的输出力矩变化，伺服驱动器12和运动控制卡13控制负载电机6提供负载，电力分析仪10采集服务机器人小型关节1的电流和功率数据，服务机器人小型关节1与工控机14之间还电连接有CAN模块9，数据采集卡11采集输出端圆光栅3的角度数据和输出端转矩传感器5的转矩数据。
基于上述测试主机，具体的测量方法如下：
第一步：制作测试机主机，并对工控机14进行初始化操作。
第二步：工控机14初始化完成后，控制服务机器人小型关节1以最高转速转动，运动控制卡13和伺服驱动器12使负载电机6进行等时间等转矩的梯度加载。
第三步：数据采集卡11中的硬件定时器定时采集输出端圆光栅3的角度数据和输出端转矩传感器5的数据，电力分析仪10以与第二步中同样的时间间隔定时采集服务机器人小型关节1的电流和功率数据，当负载电机6的加载力矩使得服务机器人小型关节1堵转时，测试结束。
第四步：工控机14将采集到的转矩数据、转速数据、电流数据、效率数据、功率数据进行分析处理，得到转矩-速度曲线15、转矩-效率曲线16、转矩-功率曲线17、转矩-电流曲线18；
第五步：对上述四条曲线进行综合分析，得出服务机器人小型关节1的最佳工作区域。如图3所示，转矩-速度曲线15、转矩-效率曲线16、转矩-功率曲线17、转矩-电流曲线18的横坐标均为转矩，区间分布为0-堵转转矩；转矩-速度曲线15的纵坐标为转速，区间分布为0-最大转速；转矩-效率曲线16的纵坐标为效率，区间分布为0-最大效率；转矩-功率曲线17的纵坐标为功率，区间分布为0-最大功率；转矩-电流曲线18的纵坐标为电流，区间分布为0-最大电流。
如图3所示，将四条曲线放在同一坐标系中，纵坐标为最大效率和最大功率之间、横坐标为1/4堵转转矩和2/3堵转转矩之间的区域即为控制服务机器人小型关节1的最佳工作区域。
以上，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法，其特征在于，包括以下内容：
S1：制作测试机主机，并对工控机进行初始化操作；
S2：初始化完成后，控制服务机器人小型关节以最高转速转动，运动控制卡和伺服驱动器使负载电机进行等时间等转矩的梯度加载；
S3：数据采集卡中的硬件定时器定时采集输出端圆光栅的角度数据和输出端转矩传感器的数据，电力分析仪以与S2中同样的时间间隔定时采集服务机器人小型关节1的电流和功率数据，当负载电机的加载力矩使得服务机器人小型关节堵转时，测试结束；
S4：工控机将采集到的转矩数据、转速数据、电流数据、效率数据、功率数据进行分析处理，得到转矩-速度曲线、转矩-效率曲线、转矩-功率曲线、转矩-电流曲线；
S5：对S4中的四条曲线进行综合分析，得出服务机器人小型关节的最佳工作区域。
2.根据权利要求1所述的一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法，其特征在于，所述转矩-速度曲线、所述转矩-效率曲线所述转矩-功率曲线、所述转矩-电流曲线的横坐标均为转矩，区间分布为0-堵转转矩；所述转矩-速度曲线的纵坐标为转速，区间分布为0-最大转速；所述转矩-效率曲线的纵坐标为效率，区间分布为0-最大效率；所述转矩-功率曲线的纵坐标为功率，区间分布为0-最大功率；所述转矩-电流曲线的纵坐标为电流，区间分布为0-最大电流。
3.根据权利要求2所述的一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法，其特征在于，服务机器人小型关节的最佳工作区域的纵坐标为最大效率和最大功率之间、横坐标为1/4堵转转矩和2/3堵转转矩之间。
4.根据权利要求1所述的一种服务机器人小型关节整机最佳工作区域的测试方法，其特征在于，S1中的测试机主机包括负载电机、输出端转矩传感器、输出端圆光栅、关节夹具，所述服务机器人小型关节安装在所述关节夹具上，所述输出端圆光栅内套设有传动轴，传动轴的一端通过第一联轴器与服务机器人小型关节连接，传动轴的另一端通过第二联轴器与所述输出端转矩传感器连接，所述输出端转矩传感器还与所述负载电机连接，所述负载电机、所述关节夹具均连接在测试机基座上。
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