CN115096565A - 一种机械臂关节拖链试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械臂关节测试技术领域，具体涉及一种机械臂关节拖链试验装置及方法。该装置包括拖链固定支托、拖链移动支托和用于驱动拖链移动支托转动的电机。拖链固定支托包括固定支托圆筒、固定支托端盖、固定支托底盘和进线筒。拖链移动支托包括套设在固定支托圆筒外侧且与固定支托圆筒同轴设置的移动支托圆筒以及分别设置在移动支托圆筒两端开口处的移动支托端盖与进线端转动端盖。本发明不仅可以模拟往复运动，对往复运动过程中的电缆性能进行测试，提高试验结果的准确性，还可以从水平方向和垂直方向两个方位对不同型号的电缆进行测试，且本发明能够同时对多根不同型号的电缆进行性能测试，测试效率高。

Description

一种机械臂关节拖链试验装置及方法

技术领域

本发明涉及机械臂关节测试技术领域，具体涉及一种机械臂关节拖链试验装置及方法。

背景技术

随着工业自动化的发展，机械臂在各行各业不断普及。机械臂通常包括多个关节，机械臂能否稳定、高效地运行与每个关节的性能息息相关。机械臂关节中的电缆在机械臂运转中有着重要的作用。机械臂在使用时需频繁的进行往复运动，故需要对往复运动前后关节中电缆的性能进行测试。同时，工业上的机械臂通常部件较大，组装拆卸均较为复杂。如若其中的某一关节在机器运转时发生了停止或错误运转，将导致严重的后果。因此，在组装机械臂前，需对机械臂关节中的电缆性能进行测试，以保证其正常运行。

目前，用拖链测试电缆已经成为一个比较普遍的测试方案。中国专利CN206399648 U公开了一种电缆拖链试验装置，该装置中的拖链床铺设有两条互相平行的，便于电缆拖链高速移动的导向槽，通过避免传感器的影响来精确检测电缆的性能问题。中国专利CN 209615565 U公开了一种关节负载测试装置，该装置的支架固定关节的输入端，利用连接组件将关节的输出端与负载固定连接，可以测试关节在负载状态下的运行是否正常，提高了机械臂关节测试的准确性。但是机械臂在运转时可能会有多个角度，如何在进行往复运动状态下对电缆的性能进行测试，暂时没有一个好的方案。

现有的机械臂电缆性能测试方法主要存在以下几个问题：一、只能对单根电缆或两根电缆进行性能测试，而机械臂的关节中含有多种不同的电缆，无法同时测试多根电缆，测试效率低；二、无法精确复原机械臂关节的往复运动过程，试验结果存在较大误差；三、机械臂在运转时会从多个角度进行工作，现有的测试方法无法实现多个角度的测试；四、无法对测试过程中的电缆进行实时观测，对装置运转过程中的错误问题无法及时纠正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械臂关节拖链试验装置及方法，该试验装置及方法能够解决现有技术中的不足，不仅可以模拟往复运动，对往复运动过程中的电缆性能进行测试，提高试验结果的准确性，还可以从水平方向和垂直方向两个方位对不同型号的电缆进行测试，且本发明能够同时对多根不同型号的电缆进行性能测试，测试效率高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种机械臂关节拖链试验装置，包括拖链固定支托、拖链移动支托和用于驱动拖链移动支托转动的电机。

所述拖链固定支托包括固定支托圆筒、分别设置在固定支托圆筒两端开口处的固定支托端盖与固定支托底盘以及设置在固定支托底盘外侧且与固定支托圆筒内部相通的进线筒。

所述拖链移动支托包括套设在固定支托圆筒外侧且与固定支托圆筒同轴设置的移动支托圆筒以及分别设置在移动支托圆筒两端开口处的移动支托端盖与进线端转动端盖。

进一步的，所述电机包括电机主体和与电机主体输出端相连的电机连接轴；所述电机连接轴中段外侧套设有出线端支座；所述电机连接轴包括依次设置的连接部一、连接部二、连接部三和连接部四；所述连接部一与电机主体输出端相连，连接部二通过轴承一与出线端支座相连，连接部三与移动支托端盖固定相连，连接部四通过轴承二与固定支托端盖相连。

进一步的，所述拖链固定支托底盘上安装有外部挡片；所述移动支托端盖上安装有内部挡片；所述外部挡片和内部挡片均位于移动支托圆筒与固定支托圆筒之间。

进一步的，所述固定支托圆筒上开设有槽口一，移动支托端盖上开设有槽口二。

进一步的，所述进线筒外侧套设有进线端支座，进线筒通过轴承三与进线端转动端盖相连。

进一步的，该装置还包括拖链，所述拖链上设有若干电缆通道，相邻电缆通道之间设有分隔片；各个电缆通道中放置的若干电缆的直径从拖链中间往两边依次减小。

进一步的，该装置还包括测试平台；所述测试平台包括支架和设置在支架顶部的平板；所述测试平台上安装有光电开关。

进一步的，所述拖链固定支托和拖链移动支托均采用PMMA材料。

进一步的，所述移动支托端盖上设有遮挡物。

本发明还涉及一种上述机械臂关节拖链试验装置的试验方法，该方法包括以下步骤：

(1)将若干根电缆安装在拖链上。

(2)将拖链的一端与固定支托圆筒相连，另一端与移动支托圆筒相连，将与固定支托圆筒相连的拖链一端中的电缆通过槽口一进入固定支托圆筒内，再从进线筒的开口向外穿出，与移动支托圆筒相连的拖链一端中的电缆通过槽口二向外穿出。电缆的两端分别从进线筒和槽口二穿出，目的是为了让电缆的两端露出，与测量仪器相连，对电缆的性能进行测试。

(3)对电机的转向及转速进行设定，电机启动，带动移动支托圆筒转动，当移动支托圆筒转动时，装有电缆的拖链沿固定支托圆筒外周绕动，缠绕在固定支托圆筒外周。

(4)当移动支托圆筒转动至设定的极限位置，移动支托端盖上的遮挡物经过光电开关时，光电开关发送信号至控制器，控制器控制电机减速，改变电机的转动方向，使电机转动方向与步骤(3)中的转动方向相反，电机转动方向改变后，再将电机的转速恢复至设定的转速转动，移动支托圆筒随电机同向转动，拖链随移动支托圆筒同向运动，缠绕在移动支托圆筒上的拖链从移动支托圆筒上松开；光电开关需要遮挡物才能触发。遮挡物的位置是在计算极限位置之后确定的。

(5)当移动支托圆筒转到初始位置时，移动支托端盖上的遮挡物再次经过光电开关，光电开关发送信号至控制器，控制器控制电机减速，改变电机的转动反向，使电机转动方向与步骤(4)中的转动方向相反，电机转动方向改变后，再将电机的转速恢复至设定的转速转动，移动支托圆筒随电机同向转动，拖链随移动支托圆筒同向运动，装有电缆的拖链再次缠绕在固定支托圆筒上，在设定的时间点采集电缆数据，对电缆数据进行分析。

和现有技术相比，本发明的优点为：

(1)本发明通过设计实现可以相对转动的拖链固定支托与拖链移动支托，能够在电机的驱动以及光电开关的感应控制下实现往复运动，对往复运动下的机械臂关节中的电缆性能进行测试。

(2)本发明通过采用拖链放置多根电缆，并对多根电缆在拖链中的放置方式进行特别设计，可以一次性对多种不同型号的电缆进行性能测试。本发明通过拖链将不同型号的电缆放入拖链中，将拖链的一端与移动支托圆筒固定，另一端与固定支托圆筒固定，移动支托圆筒进行运转时，拖链会随移动支托圆筒转动，并绕在固定支托圆筒的外周，使不同型号的电缆同时达到测试效果。

(3)本发明通过设置光电开关，在拖链移动支托和拖链进行转动时，移动支托端盖上的遮挡物通过光电开关时，控制器会根据光电开关检测到的信号控制电机进行减速，使电机向与之前相反的方向转动，无需人工操作改变位置，避免出现人为误差，降低了工作的危险性。

(4)本发明中的拖链移动支托和拖链固定支托均采用PMMA材料制作，这样在装置运转过程中可以清楚地看到内部的情况，便于及时纠正装置运转过程中的错误。

(5)本发明中的测试平台用于放置拖链固定支托、拖链移动支托以及电机，可以根据测试需求改变放置方向，进而实现从水平方向和垂直方向两个角度对机械臂关节进行测试。

附图说明

图1是本发明中机械臂关节拖链试验装置的结构示意图一；

图2是本发明中机械臂关节拖链试验装置的结构示意图二；

图3是本发明中机械臂关节拖链试验装置的俯视图；

图4是本发明中机械臂关节拖链试验装置的俯视图；

图5是本发明中拖链固定支托的结构示意图；

图6是本发明中电机连接轴的结构示意图。

其中：

1、电机，2、平板，3、支架，4、电机连接轴，5、出线端支座，6、移动支托端盖，7、进线端支座，8、进线端转动端盖，9、移动支托圆筒，10、轴承三，11、进线筒，12、拖链，13、固定支托底盘，14、固定支托圆筒，15、外部挡片，16、内部挡片，17、安装支架，18、固定支托端盖，19、槽口一，20、固定孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-图6所示的一种机械臂关节拖链试验装置，包括拖链固定支托、拖链移动支托和用于驱动拖链移动支托转动的电机1。拖链移动支托和拖链固定支托构成转动模块，不同型号的电缆通过拖链固定与转动模块中。拖链12的一端与拖链固定支托固定，另一端与拖链移动支托圆筒固定。电缆放置在拖链12中，本发明可同时测试38根电缆。电缆的一端先从槽口一进19入到固定支托圆筒14中，再从进线筒11向外穿出，电缆的另一端从槽口二穿出。当移动支托圆筒9转动时，拖链12一端会跟着转动，形成围绕着固定支托圆筒转动的运动状态。测试平台上装有光电开关，当移动支托端盖6上的遮挡物经过光电开关时，光电开关发送信号给控制器，控制器和变频器对电机1进行调控，驱动电机向与之前相反的方向运动，从而产生一个往复运动的传动方式，进而可以对多次往复运动后的电缆的性能进行测试。

所述拖链固定支托包括固定支托圆筒14、分别设置在固定支托圆筒14两端开口处的固定支托端盖18与固定支托底盘13以及设置在固定支托底盘13外侧且与固定支托圆筒14内部相通的进线筒11。固定支托端盖18通过轴承一与电机连接轴4相连。进线筒11的外侧套设有进线端支座7，进线端支座7上开设有固定孔20，进线筒11贯穿安装在固定孔20中。进线端支座7安装在平板2顶部。电机连接轴4、固定支托圆筒14、进线筒11、移动支托圆筒9的中心线重合，四者同轴设置。固定支托圆筒14通过螺钉与固定支托端盖18及固定支托底盘13相连，固定支托端盖18通过轴承二与电机连接轴4相连。固定支托底盘13与进线筒11相。固定支托底盘13上装有安装支架17，外部挡片15固定在安装支架17上，内部挡片通过另外一个安装支架固定在移动支托端盖6上，外部挡片15和内部挡片16均用于防止拖链在转动时脱离轨道。

所述拖链移动支托包括套设在固定支托圆筒14外侧且与固定支托圆筒14同轴设置的移动支托圆筒9以及分别设置在移动支托圆筒9两端开口处的移动支托端盖6与进线端转动端盖8。电机1带动电机连接轴4转动，电机连接轴4与移动支托端盖6固定相连，带动移动支托圆筒9转动。电机连接轴4通过轴承一与出线端支座5连接，进线端转动端盖8通过轴承三10与进线筒11连接，这样在电机的驱动下，拖链移动支托与拖链固定支托能够发生相对转动。

进一步的，所述电机1包括电机主体和与电机主体输出端相连的电机连接轴4。所述电机连接轴4中段外侧套设有出线端支座5。如图6所示，所述电机连接轴4包括从左向右依次设置的连接部一、连接部二、连接部三和连接部四；四个连接部的直径不同，呈台阶状。设计成台阶状是为了更好的让电机连接轴4与移动支托端盖6及固定支托端盖18相连接。所述连接部一与电机主体输出端相连，连接部二通过轴承一与出线端支座5相连，连接部三与移动支托端盖6固定相连，连接部四通过轴承二与固定支托端盖相连。为保证中间的轴在一条水平线上且使电机能够更好的带动移动支托端盖转动，所以用具有最大直径的连接部三与移动支托端盖6连接，同时可以使固定支托端盖18与电机连接轴4连接。电机1通电，通过变频器和控制器对电机1的转速和转动方向进行调节控制。电机1转动带动电机连接轴4转动，电机连接轴4一端具有一个U行槽口卡住电机1，电机连接轴4通过轴承一与出线端支座5相连，达到相互转动的效果，电机连接轴4通过螺钉与移动支托端盖6固定，进而带动移动支托圆筒9转动。后端的进线端转动端盖8通过轴承三10与进线筒11相连，进线筒11一端与进线端支座7固定，产生相对转动。

在本发明所述的试验装置中包括三个轴承。轴承一设置在电机连接轴4与出线端支座5之间，目的是让电机连接轴4与出线端之间产生一个相对运动，出线端支座5与底部平板2之间相连接防止转动模块受力产生误差。轴承二设置在电机连接轴与固定支托端盖18上，当电机连接轴4带动移动支托端盖6转动时，为保证中间的拖链固定支托不产生转动且保证与电机1在同一条轴上。轴承三10设置在进线端转动端盖8与进线筒11之间。与轴承二类似，在进线端转动端盖8进线转动时，轴承三用于保证进线筒不发生转动且不产生摩擦。

进一步的，所述固定支托底盘13上安装有外部挡片15；所述移动支托端盖6上安装有内部挡片16；所述外部挡片15和内部挡片16均位于移动支托圆筒9与固定支托圆筒14之间。当拖链12转动时，为保证拖链能够更好围绕着固定支托圆筒14转动且防止拖链12脱落产生测试的误差，内部挡片16会随着移动支托端盖6转动而转动，会与外部挡片15相遇，当拖链12绕固定支托圆筒14转动到一定角度时，外部挡片15会防止拖链12脱落并使拖链12继续按照轨道运动。当拖链12转动到一定角度时，内部挡片16可以保证拖链12能够继续紧贴着固定支托圆筒14转动。

进一步的，所述固定支托圆筒14上开设有槽口一19，移动支托端盖6上开设有槽口二。

进一步的，所述进线筒11外侧套设有进线端支座7，进线筒11通过轴承三10与进线端转动端盖8相连。

进一步的，该装置还包括拖链12，所述拖链12上设有若干电缆通道，相邻电缆通道之间设有分隔片；各个电缆通道中放置的若干电缆的直径从拖链中间往两边依次减小。

进一步的，该装置还包括测试平台；所述测试平台包括支架3和设置在支架3顶部的平板2；所述测试平台上安装有光电开关。测试平台上放置了光电开关，在移动支托端盖6上测量出一个放置遮挡物的位置，当遮挡物转动经过光电开关时，装置将进行反向运动，当再次经过光电开关时，再进行反向运动，这样就产生了一个往复运动的过程。拖链12在拖链移动支托内部会围绕着拖链固定支托往复转动，进而达到测试往复运动时电缆性能的目的。

进一步的，所述拖链固定支托和拖链移动支托均采用透明的PMMA材料，这样在装置运转过程中可以清楚地看到内部的情况，便于及时纠正装置运转过程中的错误。

本发明还涉及一种上述机械臂关节拖链试验装置的试验方法，该方法包括以下步骤：

(1)将若干根电缆安装在拖链上，具体地说，是将分隔片依次固定在拖链上，然后将电缆按两横排安装，38根电缆分为19列排置，线缆直径大的放中间，两边放直径小的。放置完之后，加填充片，固定拖链和电缆。

拖链自重轻，坚固且有长的使用寿命，适用于所有类型的运动。拖链是现代化自动系统的脐带，它持续不断的来回运动，提供动力、数据和能量。本发明选用的拖链为易格斯E4.1系列拖链，该拖链采用模块化设计，易于安装，具有良好的介质抗性。拖链系统是极小或极大弯曲半径，承载重载型电缆和介质管的理想型选择。在相同尺寸或更小尺寸的情况下，易格斯E4.1系列拖链强度更高，并且几乎所有附件和接头尺寸都与来的型号保持一致。E4.1系列拖链，使用寿命更长，成本更低。

在测试中，采用多种型号的电缆，每根长3米，以两竖排的形式分布于拖链中。在实际安装中，将直径大的安置于中间，两边依次安装直径小的电缆。拖链电缆在使用过程中会快速来回移动，因此在安装拖链电缆时，拖链不能相互接触和粘合，否则会影响拖链电缆的使用寿命。因此，在安装拖链电缆的过程中，应整齐排列各行其道。在本实施例中，按两横排安装，38根线缆分为19列排置，电缆直径大的放中间，两边放直径小的。每列电缆之间安装分隔片，来固定和锁死线缆。防止拖链侧放的时候，因线缆重量过大，导致电缆会偏重一侧或者压坏拖链。在间隔为5的倍数的距离处，安置32.5型号的分隔片来锁死，其他地方安装32.1型号的分隔片，然后加填充片，固定拖链和电缆。

(2)将拖链的一端与固定支托圆筒相连，另一端与移动支托圆筒相连，将与固定支托圆筒相连的拖链一端中的电缆通过槽口一进入固定支托圆筒内，再从进线筒的开口向外穿出，与移动支托圆筒相连的拖链一端中的电缆通过槽口二向外穿出。

(3)对电机的转向及转速进行设定，电机启动，带动移动支托圆筒转动，当移动支托圆筒转动时，拖链及拖链中的电缆沿固定支托圆筒外周绕动。内部挡片和外部挡片用于防止拖链脱落，内部挡片会随着移动支托端盖转动而转动，会保证拖链紧贴着拖链固定支托圆筒进行绕动。

(4)当移动支托圆筒转动至极限位置时(预计转动至360度)时，移动支托端盖上的遮挡物会经过光电开关。这时，光电开关接收信号将信号传入至控制器上，控制器会发出信号对电机进行减速及反向运动操作。这时拖链会随着拖链支托圆筒进行反向运动，拖链会绕着拖链支托圆筒进行绕动，外部挡片与内部挡片继续防止拖链脱落，使拖链绕着拖链支托圆筒进行绕动。

(5)当移动支托圆筒回到初始位置时，移动支托端盖上的遮挡物再次经过光电开关，光电开关发送信号至控制器，控制器控制电机减速，改变电机的转动反向，使电机转动方向与步骤(4)中的转动方向相反，电机转动方向改变后，再将电机的转速恢复至设定的转速转动，移动支托圆筒随电机同向转动，拖链随移动支托圆筒同向运动，装有电缆的拖链再次缠绕在固定支托圆筒上，在设定的时间点采集电缆数据，对电缆数据进行分析。在拖链系统运行12小时、24小时、48小时这样的时间前后，采集电缆数据，以此进行分析比较，得出实验结果。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：包括拖链固定支托、拖链移动支托和用于驱动拖链移动支托转动的电机；

所述拖链固定支托包括固定支托圆筒、分别设置在固定支托圆筒两端开口处的固定支托端盖与固定支托底盘以及设置在固定支托底盘外侧且与固定支托圆筒内部相通的进线筒；

所述拖链移动支托包括套设在固定支托圆筒外侧且与固定支托圆筒同轴设置的移动支托圆筒以及分别设置在移动支托圆筒两端开口处的移动支托端盖与进线端转动端盖。

2.根据权利要求1所述的一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：所述电机包括电机主体和与电机主体输出端相连的电机连接轴；所述电机连接轴中段外侧套设有出线端支座；所述电机连接轴包括依次设置的连接部一、连接部二、连接部三和连接部四；所述连接部一与电机主体输出端相连，连接部二通过轴承一与出线端支座相连，连接部三与移动支托端盖固定相连，连接部四通过轴承二与固定支托端盖相连。

3.根据权利要求1所述的一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：所述拖链固定支托底盘上安装有外部挡片；所述移动支托端盖上安装有内部挡片；所述外部挡片和内部挡片均位于移动支托圆筒与固定支托圆筒之间。

4.根据权利要求1所述的一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：所述固定支托圆筒上开设有槽口一，移动支托端盖上开设有槽口二。

5.根据权利要求1所述的一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：所述进线筒外侧套设有进线端支座，进线筒通过轴承三与进线端转动端盖相连。

6.根据权利要求1所述的一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：该装置还包括拖链，所述拖链上设有若干电缆通道，相邻电缆通道之间设有分隔片；各个电缆通道中放置的若干电缆的直径从拖链中间往两边依次减小。

7.根据权利要求1所述的一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：该装置还包括测试平台；所述测试平台包括支架和设置在支架顶部的平板；所述测试平台上安装有光电开关。

8.根据权利要求1所述的一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：所述拖链固定支托和拖链移动支托均采用PMMA材料。

9.根据权利要求1所述的一种机械臂关节拖链试验装置，其特征在于：所述移动支托端盖上设有遮挡物。

10.根据权利要求1～9所述的机械臂关节拖链试验装置的试验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)将若干根电缆安装在拖链上；

(2)将拖链的一端与固定支托圆筒相连，另一端与移动支托圆筒相连，将与固定支托圆筒相连的拖链一端中的电缆通过槽口一进入固定支托圆筒内，再从进线筒的开口向外穿出，与移动支托圆筒相连的拖链一端中的电缆通过槽口二向外穿出；

(3)对电机的转向及转速进行设定，电机启动，带动移动支托圆筒转动，当移动支托圆筒转动时，装有电缆的拖链沿固定支托圆筒外周绕动，缠绕在固定支托圆筒外周；

(4)当移动支托圆筒转动至设定的极限位置，移动支托端盖上的遮挡物经过光电开关时，光电开关发送信号至控制器，控制器控制电机减速，改变电机的转动方向，使电机转动方向与步骤(3)中的转动方向相反，电机转动方向改变后，再将电机的转速恢复至设定的转速转动，移动支托圆筒随电机同向转动，拖链随移动支托圆筒同向运动，缠绕在移动支托圆筒上的拖链从移动支托圆筒上松开；

(5)当移动支托圆筒转到初始位置时，移动支托端盖上的遮挡物再次经过光电开关，光电开关发送信号至控制器，控制器控制电机减速，改变电机的转动反向，使电机转动方向与步骤(4)中的转动方向相反，电机转动方向改变后，再将电机的转速恢复至设定的转速转动，移动支托圆筒随电机同向转动，拖链随移动支托圆筒同向运动，装有电缆的拖链再次缠绕在固定支托圆筒上，在设定的时间点采集电缆数据，对电缆数据进行分析。

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