CN209111115U - 一种用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，所述系统包括24个加速度传感器和抖动测量仪，24个加速度传感器的输出端分别与抖动测量仪的输入端相连接，24个加速度传感器包括24个三向加速度传感器。本实用新型通过将三向加速度传感器分别置于待测工业机器人的不同测量位置，可以获得24个目标点的振动信号；24个三向加速度传感器分别设置于不同的部位，同时设置在机械臂上的加速度传感器可以根据需要进行移动，测量不同位置点的振动信号，测量更加准确和全面；加速度传感器的安装支架通过螺栓固定在工业机器人上，无需对工业机器人进行结构改造，并且可以通过驱动电机自动驱动，实现位置控制的自动化。

Description

一种用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，具体是指一种用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统。

背景技术

机器人产业的发展水平已成为衡量一个国家和地区工业化水平的重要标志，近年来，我国机器人产业发展迅速，涌现了许多机器人生产厂商，所生产的机器人品种多样，功能不尽相同。

工业机器人由于减速机等柔性环节的存在，在定位时极易在末端甚至整个装置都发生抖动现象，极大地降低工业机器人的工作性能。为此，必须对工业机器人的抖动特性进行准确测量，再根据测量结果分析消除抖动的解决方案。目前，现有技术中还没有专用的设备用于测量工业机器人的抖动现象。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统系统，可实现工业机器人抖动特性的准确测量，

具体地，本实用新型具有如下构成：

本实用新型实施例提供一种用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，所述系统包括24个加速度传感器和抖动测量仪，所述24个加速度传感器的输出端分别与所述抖动测量仪的输入端相连接，所述24个加速度传感器包括24个三向加速度传感器；

所述工业机器人包括底座、第一机械臂、第二机械臂和末端手臂，所述底座和第一机械臂之间通过第一关节可旋转连接，所述第一机械臂和第二机械臂之间通过第二关节可旋转连接，所述第二机械臂和末端手臂之间通过第三关节可旋转连接；

所述24个加速度传感器包括：两个第一加速度传感器、十个第二加速度传感器、十个第三加速度传感器和两个第四加速度传感器，所述两个第一加速度传感器通过第一环向支架安装于所述底座上，所述两个第四加速度传感器通过第二环向支架安装于所述底座上，所述十个第二加速度传感器通过第一纵向支架安装于所述第一机械臂上，所述第三加速度传感器通过第二纵向支架安装于所述第二机械臂上。

可选地，所述第一环向支架环绕所述底座的一周，所述第一环向支架的两端分别通过螺栓固定于所述底座上，所述第一环向支架的表面具有齿条表面，所述第一加速度传感器的底面设置有活动齿轮，所述第一加速度传感器通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第一环向支架的延伸方向移动。

可选地，所述第一加速度传感器的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第一加速度传感器的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第一环向支架的齿条表面移动。

可选地，所述第二环向支架环绕所述末端手臂的一周，所述第二环向支架的两端分别通过螺栓固定于所述末端手臂上，所述第二环向支架的表面具有齿条表面，所述第四加速度传感器的底面设置有活动齿轮，所述第四加速度传感器通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第二环向支架的延伸方向移动。

可选地，所述第四加速度传感器的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第四加速度传感器的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第二环向支架的齿条表面移动。

可选地，所述第一机械臂上设置有十条第一纵向支架，每条第一纵向支架中设置有一个第二加速度传感器，所述第一纵向支架的两端分别通过螺栓固定于所述第一机械臂上，所述第一纵向支架的表面为齿条表面，所述第二加速度传感器的底面设置有活动齿轮，所述第二加速度传感器通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第一纵向支架的延伸方向移动。

可选地，所述第二加速度传感器的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第二加速度传感器的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第一纵向支架的齿条表面移动。

可选地，所述第二机械臂上设置有十条第二纵向支架，每条第二纵向支架中设置有一个第三加速度传感器，所述第二纵向支架的两端分别通过螺栓固定于所述第二机械臂上，所述第二纵向支架的表面为齿条表面，所述第三加速度传感器的底面设置有活动齿轮，所述第三加速度传感器通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第二纵向支架的延伸方向移动。

可选地，所述第三加速度传感器的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第三加速度传感器的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第二纵向支架的齿条表面移动。

可选地，所述系统还包括模数转换模块，所述模数转换模块的输入端与所述抖动测量仪的输出端相连接；所述系统还包括FPGA控制器，所述FPGA控制器的输入端与所述模数转换模块的输出端相连接；所述系统还包括DSP控制器，所述DSP控制器的输入端与所述FPGA控制器的输出端相连接；所述系统还包括上位机，所述DSP控制器通过USB连接线与所述上位机相连接。

采用了该实用新型中的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，具有如下有益效果：

本实用新型通过将三向加速度传感器分别置于待测工业机器人的不同测量位置，可以获得24个目标点的振动信号；24个三向加速度传感器分别设置于不同的部位，同时设置在机械臂上的加速度传感器可以根据需要进行移动，测量不同位置点的振动信号，测量更加准确和全面；加速度传感器的安装支架通过螺栓固定在工业机器人上，无需对工业机器人进行结构改造，并且可以通过驱动电机自动驱动加速度传感器移动位置，实现位置控制的自动化；三向加速度传感器将振动信号传递给抖动测量仪，通过测量仪内部的信号调理电路对振动信号进行滤波、放大等处理后，由模数转换模块完成振动信号的模数转换，转换后的数字信号可以进一步经FPGA采集后根据一定的控制要求送入DSP控制器，DSP控制器根据上位机程序设定的要求将数据经USB总线传送给上位机，从而获得工业机器人的抖动特性；本实用新型的24通道抖动测量仪结构简单，使用方便，适用于大规模推广应用。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统的原理图；

图2为本实用新型一实施例的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统中加速度传感器的分布示意图；

图3为本实用新型一实施例的安装支架与加速度传感器配合的示意图；

图4为本实用新型一实施例的第一机械臂上加速度传感器的背面示意图。

附图标记：

1 底座； 11 第一环向支架； 12 第一加速度传感器；

2 第一机械臂； 21 第一纵向支架； 22 第二加速度传感器；

221 齿轮容纳腔； 222 活动齿轮； 2221 齿轮轴；

3 第二机械臂； 31 第二纵向支架； 32 第三加速度传感器；

4 末端手臂； 41 第二环向支架； 42 第四加速度传感器

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的结构、部件、步骤、方法等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、部件或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，所述系统包括24个加速度传感器和抖动测量仪，所述24个加速度传感器的输出端分别与所述抖动测量仪的输入端相连接，所述24个加速度传感器包括24个三向加速度传感器。抖动测量仪可以采用现有技术中已有的抖动测量仪，输入为加速度测量数据，输出为各项抖动指标，例如采用混合信号示波器。测量仪内部设有信号调理电路，可以对加速度测量数据进行滤波和放大等处理。

如图2~4所示，所述工业机器人包括底座1、第一机械臂2、第二机械臂3和末端手臂4，所述底座1和第一机械臂2之间通过第一关节可旋转连接，所述第一机械臂2和第二机械臂3之间通过第二关节可旋转连接，所述第二机械臂3和末端手臂4之间通过第三关节可旋转连接；

所述24个加速度传感器包括：两个第一加速度传感器12、十个第二加速度传感器22、十个第三加速度传感器32和两个第四加速度传感器42，所述两个第一加速度传感器12通过第一环向支架11安装于所述底座1上，所述两个第四加速度传感器42通过第二环向支架41安装于所述底座1上，所述十个第二加速度传感器22通过第一纵向支架21安装于所述第一机械臂2上，所述第三加速度传感器32通过第二纵向支架31安装于所述第二机械臂3上。

在该实施例中，所述第一环向支架11环绕所述底座1的一周，所述第一环向支架11的两端分别通过螺栓固定于所述底座1上，所述第一环向支架11的表面具有齿条表面，所述第一加速度传感器12的底面设置有活动齿轮，所述第一加速度传感器12通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第一环向支架11的延伸方向移动。

在该实施例中，所述第一加速度传感器12的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第一加速度传感器12的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第一环向支架11的齿条表面移动。

在该实施例中，所述第二环向支架41环绕所述末端手臂4的一周，所述第二环向支架41的两端分别通过螺栓固定于所述末端手臂4上，所述第二环向支架41的表面具有齿条表面，所述第四加速度传感器42的底面设置有活动齿轮，所述第四加速度传感器42通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第二环向支架41的延伸方向移动。

在该实施例中，所述第四加速度传感器42的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第四加速度传感器42的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第二环向支架41的齿条表面移动。

如图3和图4所示，在该实施例中，所述第一机械臂2上设置有十条第一纵向支架21，每条第一纵向支架21中设置有一个第二加速度传感器22，所述第一纵向支架21的两端分别通过螺栓固定于所述第一机械臂2上，所述第一纵向支架21的表面为齿条表面，所述第二加速度传感器22的底面设置有活动齿轮222，所述第二加速度传感器22通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第一纵向支架21的延伸方向移动。第二加速度传感器22的正面设置有传感器探测部分，底面设置有齿轮容纳腔221，活动齿轮222设置在齿轮容纳腔221中，并且可以带动整个第二加速度传感器22一起在第一纵向支架21上移动。

在该实施例中，所述第二加速度传感器22的底面还设置有驱动电机（图中未示出），所述驱动电机的输出轴连接至所述第二加速度传感器22的底面的活动齿轮的中心轴2221，以驱动所述活动齿轮沿所述第一纵向支架21的齿条表面移动。因此，通过控制驱动电机的输出轴旋转，即可以自动控制第二加速度传感器22在第一纵向支架21上移动，并且通过控制驱动电机的输出轴旋转方向也可以控制第二加速度传感器22的移动方向。

在该实施例中，所述第二机械臂3上设置有十条第二纵向支架31，每条第二纵向支架31中设置有一个第三加速度传感器32，所述第二纵向支架31的两端分别通过螺栓固定于所述第二机械臂3上，所述第二纵向支架31的表面为齿条表面，所述第三加速度传感器32的底面设置有活动齿轮，所述第三加速度传感器32通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第二纵向支架31的延伸方向移动。

在该实施例中，所述第三加速度传感器32的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第三加速度传感器32的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第二纵向支架31的齿条表面移动。

可理解的是，图3和图4中示出了第二加速度传感器22和第一纵向支架21之间的配合关系，而第三加速度传感器32和第二纵向支架31之间的配合关系也类似，第一加速度传感器12和第一环形支架11之间的配合也类似，只是将一条直线的纵向支架改为环形的支架即可，同样地，第四加速度传感器42和第二环形支架41之间的配合也类似，只是将一条直线的纵向支架改为环形的支架即可。

在该实施例中，所述系统还包括模数转换模块（如图1中的ADC，Analog-to-Digital Converter），所述模数转换模块的输入端与所述抖动测量仪的输出端相连接；抖动测量仪输出的振动信号为模拟信号，需要通过模数转换模块将模拟量转换为数字量。所述系统还包括FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）控制器，所述FPGA控制器的输入端与所述模数转换模块的输出端相连接；所述系统还包括DSP（DigitalSignal Processing，数字信号处理）控制器，所述DSP控制器的输入端与所述FPGA控制器的输出端相连接；所述系统还包括上位机，所述DSP控制器通过USB连接线与所述上位机相连接。

在该实施例中，所述系统还可以包括驱动电机控制器，所述驱动电机控制器分别与各个驱动电机进行通信，分别控制各个驱动电机的启停和旋转方向，以此来实现将各个加速度传感器设置在不同的位置的目的，实现各个加速度位置调节的自动化。

在使用本实用新型的抖动测量系统测量工业机器人的抖动信号时，可以先选定底座、第一机械臂、第二机械臂和末端手臂上各个三向加速度传感器的位置，然后通过驱动电机控制器控制各个驱动电机，进而驱动各个加速度传感器分别进行移动，移动至选定的位置，然后开始测量。在测量一段时间后，可以根据需要调整一个或多个三向加速度传感器的位置，从而进行多个位置多种角度的测量，更全面地测量工业机器人的抖动信号。在测量过程中，加速度传感器的位置的调整可以通过驱动电机控制器直接发送信号给对应的驱动电机即可，使用十分方便。

本实用新型通过将三向加速度传感器分别置于待测工业机器人的不同测量位置，可以获得24个目标点的振动信号；24个三向加速度传感器分别设置于不同的部位，同时设置在机械臂上的加速度传感器可以根据需要进行移动，测量不同位置点的振动信号，测量更加准确和全面；加速度传感器的安装支架通过螺栓固定在工业机器人上，无需对工业机器人进行结构改造，并且可以通过驱动电机自动驱动加速度传感器移动位置，实现位置控制的自动化；三向加速度传感器将振动信号传递给抖动测量仪，通过测量仪内部的信号调理电路对振动信号进行滤波、放大等处理后，由模数转换模块完成振动信号的模数转换，转换后的数字信号可以进一步经FPGA采集后根据一定的控制要求送入DSP控制器，DSP控制器根据上位机程序设定的要求将数据经USB总线传送给上位机，从而获得工业机器人的抖动特性；本实用新型的24通道抖动测量仪结构简单，使用方便，适用于大规模推广应用。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述系统包括24个加速度传感器和抖动测量仪，所述24个加速度传感器的输出端分别与所述抖动测量仪的输入端相连接，所述24个加速度传感器包括24个三向加速度传感器；

所述工业机器人包括底座、第一机械臂、第二机械臂和末端手臂，所述底座和第一机械臂之间通过第一关节可旋转连接，所述第一机械臂和第二机械臂之间通过第二关节可旋转连接，所述第二机械臂和末端手臂之间通过第三关节可旋转连接；

所述24个加速度传感器包括：两个第一加速度传感器、十个第二加速度传感器、十个第三加速度传感器和两个第四加速度传感器，所述两个第一加速度传感器通过第一环向支架安装于所述底座上，所述两个第四加速度传感器通过第二环向支架安装于所述底座上，所述十个第二加速度传感器通过第一纵向支架安装于所述第一机械臂上，所述第三加速度传感器通过第二纵向支架安装于所述第二机械臂上。

2.根据权利要求1所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述第一环向支架环绕所述底座的一周，所述第一环向支架的两端分别通过螺栓固定于所述底座上，所述第一环向支架的表面具有齿条表面，所述第一加速度传感器的底面设置有活动齿轮，所述第一加速度传感器通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第一环向支架的延伸方向移动。

3.根据权利要求2所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述第一加速度传感器的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第一加速度传感器的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第一环向支架的齿条表面移动。

4.根据权利要求1所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述第二环向支架环绕所述末端手臂的一周，所述第二环向支架的两端分别通过螺栓固定于所述末端手臂上，所述第二环向支架的表面具有齿条表面，所述第四加速度传感器的底面设置有活动齿轮，所述第四加速度传感器通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第二环向支架的延伸方向移动。

5.根据权利要求4所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述第四加速度传感器的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第四加速度传感器的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第二环向支架的齿条表面移动。

6.根据权利要求1所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述第一机械臂上设置有十条第一纵向支架，每条第一纵向支架中设置有一个第二加速度传感器，所述第一纵向支架的两端分别通过螺栓固定于所述第一机械臂上，所述第一纵向支架的表面为齿条表面，所述第二加速度传感器的底面设置有活动齿轮，所述第二加速度传感器通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第一纵向支架的延伸方向移动。

7.根据权利要求6所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述第二加速度传感器的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第二加速度传感器的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第一纵向支架的齿条表面移动。

8.根据权利要求1所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述第二机械臂上设置有十条第二纵向支架，每条第二纵向支架中设置有一个第三加速度传感器，所述第二纵向支架的两端分别通过螺栓固定于所述第二机械臂上，所述第二纵向支架的表面为齿条表面，所述第三加速度传感器的底面设置有活动齿轮，所述第三加速度传感器通过所述活动齿轮与所述齿条表面可沿所述第二纵向支架的延伸方向移动。

9.根据权利要求8所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述第三加速度传感器的底面还设置有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接至所述第三加速度传感器的底面的活动齿轮的中心轴，以驱动所述活动齿轮沿所述第二纵向支架的齿条表面移动。

10.根据权利要求1所述的用于工业机器人抖动分析的24通道抖动测量仪系统，其特征在于，所述系统还包括模数转换模块，所述模数转换模块的输入端与所述抖动测量仪的输出端相连接；

所述系统还包括FPGA控制器，所述FPGA控制器的输入端与所述模数转换模块的输出端相连接；

所述系统还包括DSP控制器，所述DSP控制器的输入端与所述FPGA控制器的输出端相连接；

所述系统还包括上位机，所述DSP控制器通过USB连接线与所述上位机相连接。