CN209858207U - 一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置。现有磨损试验机难以模拟机器人球窝关节摩擦副的真实磨损情况。本实用新型包括第一旋转轴、第二旋转轴、加载轴、关节窝夹具和关节头夹具；第二旋转轴和加载轴同轴，第一旋转轴与加载轴垂直。本实用新型通过关节窝夹具和关节头夹具在第一旋转轴、第二旋转轴以及加载轴上的不同组合固定方式，在同一套装置内完成球窝关节转动和摆动测试，通过灵敏电流计实现了在不破坏配对关系情况下，对磨损量的动态测量，测试结果准确性较高。

Description

一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置

技术领域

本实用新型属于测试技术领域，涉及机器人运动关节摩擦副的摩擦磨损，具体涉及一种机器人球窝关节摩擦磨损测试装置。

背景技术

人形机器人是机器人技术领域最活跃的分支之一，在人形机器人的机械本体中，关节是最为重要的一部分，关节的结构与性能直接影响机器人的整体性能，包括机动能力、操作能力、运动平滑性等。而球窝关节是机器人的重要关节之一，球窝关节的摩擦性能对机器人整体性能有很大的影响。

据估计，世界上的能源消耗中约有1/3～1/2是由于摩擦和磨损造成的，一般机械设备中约有80％的零件因磨损而失效报废。零件的磨损不仅与零件的材料有关，还与零件所处的环境以及运动状态有关。一些学者对普通摩擦磨损试验机进行了改进，如MMU-10屏显式端面磨损试验机，以端面滑动摩擦形式，在浸油润滑条件下，用于检测材料的摩擦系数和磨损量，但是难以模拟机器人球窝关节摩擦副在运动状态下的真实磨损情况。所以有必要用专用的试验设备检测机器人球窝关节的磨损情况。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置，能够在密封条件下模拟机器人球窝关节的运动并完成关节头摆动磨损测试和关节头自转磨损测试。

本实用新型包括密封装置、驱动装置、固定装置、加载装置、检测系统和计算机控制系统。

所述的密封装置包括密封腔腔体；所述的密封腔室设有密封腔侧门；第二旋转轴和加载轴同轴设置在密封腔腔体相对的两个面上，第一旋转轴与加载轴垂直设置；所述的第一旋转轴和第二旋转轴均通过轴承支承在密封腔腔体上；所述的加载轴与密封腔腔体构成滑动副。

所述的驱动装置包括第一伺服电机和第二伺服电机；第一伺服电机的输出轴通过第一联轴器连接第一旋转轴位于密封腔腔体腔外的一端，第二伺服电机的输出轴通过第二联轴器连接第二旋转轴位于密封腔腔体腔外的一端。

所述的固定装置包括关节窝夹具和关节头夹具。

所述的加载装置包括第三伺服电机；第三伺服电机的输出轴与丝杠通过第三联轴器连接，丝杠与螺母构成螺旋副；载荷加载轴套置在丝杠上，载荷加载轴位于密封腔腔外的一端端面与螺母固定。

所述的检测系统包括灵敏电流检测计、精密电子天平、噪声传感器和振动传感器；所述的灵敏电流检测计检测由低压直流电源供电的关节窝电流变化；所述的精密电子天平测量关节窝的磨损量。噪声传感器设置在密封腔室内；振动传感器测量关节窝的振动。

所述的计算机控制系统由数据采集仪和计算机组成。数据采集仪通过无线通讯接收灵敏电流检测计、噪声传感器、振动传感器采集的数据，并经处理后传送到计算机；计算机控制第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机。

所述密封腔侧门的内侧壁设置密封圈。

所述的第一旋转轴、第二旋转轴以及加载轴位于密封腔室内的一端端面均开设有一体成型且沿周向均布的三个凹槽；所述关节窝夹具的底端端面开设有沿周向均布的三个定位凸台；所述关节头夹具的底端端面也开设有沿周向均布的三个定位凸台。

所述的检测系统还包括速度传感器一、速度传感器二和压力传感器；所述的速度传感器一测第一伺服电机的转速，速度传感器二测第二伺服电机的转速，压力传感器测量螺母对载荷加载轴的载荷大小；速度传感器一、速度传感器二和压力传感器采集的数据通过无线通讯传给数据采集仪。

本实用新型具有的有益效果：

本实用新型装置结构简单，并能够实时显示测试结果；本实用新型使摩擦副完全处于密封环境下，通过伺服电机和丝杠结合可以使载荷施加更加准确，且可以在检测过程中改变载荷和转速，近乎真实模拟了使用环境，使测量结果更具参考价值；通过振动和噪声传感器实现对于摩擦振动和噪声的检测；还通过灵敏电流计实现了在不破坏配对关系情况下，对磨损量的动态测量，测试结果准确性较高；并且在同一套装置内可以完成球窝关节转动和摆动的测试。

附图说明

图1为本实用新型进行关节头转动磨损测试时的结构示意图；

图2为本实用新型进行关节头摆动磨损测试时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1和2所示，一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置，包括密封装置、驱动装置、固定装置、加载装置、检测系统和计算机控制系统。

密封装置包括密封腔腔体4；密封腔室4设有可启闭的密封腔侧门10；密封腔侧门10内侧壁设置密封圈；第二旋转轴5和加载轴13同轴设置在密封腔腔体4相对的两个面上，第一旋转轴3与加载轴13垂直设置；第一旋转轴3和第二旋转轴5均通过轴承支承在密封腔腔体4上；加载轴13与密封腔腔体4构成滑动副；第一旋转轴3、第二旋转轴以及加载轴13位于密封腔室内的一端端面均开设有一体成型且沿周向均布的三个凹槽。

驱动装置包括第一伺服电机1和第二伺服电机7；第一伺服电机1的输出轴通过第一联轴器2连接第一旋转轴3位于密封腔腔体4腔外的一端，第二伺服电机7的输出轴通过第二联轴器6连接第二旋转轴5位于密封腔腔体4腔外的一端。

固定装置包括关节窝夹具12和关节头夹具8；关节窝夹具12的底端端面开设有沿周向均布的三个定位凸台；关节头夹具8的底端端面也开设有沿周向均布的三个定位凸台。

加载装置包括第三伺服电机17；第三伺服电机17的输出轴与丝杠15通过第三联轴器16连接，丝杠15与螺母14构成螺旋副；载荷加载轴13套置在丝杠15上，载荷加载轴13位于密封腔腔外的一端端面与螺母14固定。

检测系统包括速度传感器一18、速度传感器二20、压力传感器19、灵敏电流检测计21、精密电子天平、噪声传感器23和振动传感器22；速度传感器一18测第一伺服电机1的转速；速度传感器二20测第二伺服电机7的转速；压力传感器19测量螺母14对载荷加载轴13的载荷大小；关节窝11由低压直流电源供电，灵敏电流检测计21检测关节窝11的电流变化，由于关节窝11受到磨损，其表面的形貌会发生变化进而导致其电阻值产生微小的改变，通过灵敏电流检测计检测电流的微弱变化进而可以反应关节窝11的磨损情况；精密电子天平测量关节窝11的磨损量。噪声传感器23设置在密封腔室内，检测球窝关节摩擦副发出的噪音，与外置式相比，隔绝了伺服电机等外界环境的噪音；振动传感器22测量关节窝11的振动。

计算机控制系统由数据采集仪和计算机组成。数据采集仪通过无线通讯接收速度传感器一18、速度传感器二20、压力传感器19、灵敏电流检测计21、噪声传感器23、振动传感器22采集的数据，并经处理后传送到计算机；计算机控制第一伺服电机1、第二伺服电机7和第三伺服电机17。

该机器人球窝关节摩擦副的测试装置的关节头转动磨损测试方法，在测试前制作一个球窝关节标定件，用精密电子天平称量球窝关节标定件的质量，然后进行如下预测试：关节头夹具8夹紧球窝关节标定件的关节头9，关节窝夹具夹紧球窝关节标定件的关节窝11，打开密封腔侧门，使关节窝夹具的三个定位凸台分别套在加载轴13的三个凹槽上，且关节窝夹具与加载轴13固定；关节头夹具8的三个定位凸台分别套在第二旋转轴5的三个凹槽上，且关节头夹具8与第二旋转轴5固定；使球窝关节标定件的工作条件与被测球窝关节一致，启动第二伺服电机7使关节头9与关节窝11对磨，精密电子天平在测试后再次测量球窝关节标定件的质量，得到球窝关节标定件确切的转动磨损量与灵敏电流检测计检测的电流的对应关系。设置不同对磨时间不断进行预测试，便得到球窝关节标定件确切的转动磨损量与电流变化的离散关系曲线。

该机器人球窝关节摩擦副的测试装置的关节头摆动磨损测试方法，在测试前制作一个球窝关节标定件，用精密电子天平称量球窝关节标定件的质量，然后进行如下预测试：关节头夹具8夹紧球窝关节标定件的关节头9，关节窝夹具夹紧球窝关节标定件的关节窝11，打开密封腔侧门，使关节窝夹具的三个定位凸台分别套在第一旋转轴3的三个凹槽上，且关节窝夹具与第一旋转轴3固定；关节头夹具8的三个定位凸台分别套在加载轴13的三个凹槽上，且关节头夹具8与加载轴13固定；使球窝关节标定件的工作条件与被测球窝关节一致，启动第一伺服电机1使关节头9与关节窝11对磨，精密电子天平在测试后再次测量球窝关节标定件的质量，得到球窝关节标定件确切的摆动磨损量与灵敏电流检测计检测的电流的对应关系。设置不同对磨时间不断进行预测试，便得到球窝关节标定件确切的摆动磨损量与电流变化的离散关系曲线。

该机器人球窝关节摩擦副的测试装置进行关节头转动磨损测试的过程如下：

步骤一、用精密电子天平称量被测球窝关节的质量，关节头夹具8夹紧被测球窝关节的关节头9，关节窝夹具夹紧被测球窝关节的关节窝11。

步骤二、打开密封腔侧门，使关节窝夹具的三个定位凸台分别套在加载轴13的三个凹槽上，且关节窝夹具与加载轴13固定；关节头夹具8的三个定位凸台分别套在第二旋转轴5的三个凹槽上，且关节头夹具8与第二旋转轴5固定。灵敏电流检测计21和振动传感器22均置于关节窝11上。

步骤三、关闭密封腔侧门10，在密封腔体4密封的条件下进行检测。

步骤四、计算机设定第二伺服电机7的转速，并设定第二伺服电机7的转动时间从而设置对磨时间；数据采集仪采集速度传感器二20测得的第二伺服电机7转速，并反馈给计算机，计算机通过闭环控制来准确设定第二伺服电机7的转速；数据采集仪采集压力传感器19测得的数据，并反馈给计算机，计算机通过闭环控制来准确设定螺母14对载荷加载轴13施加的载荷大小；启动第二伺服电机7，对关节头9和关节窝11接触表面进行摩擦测试，数据采集仪将灵敏电流检测计21、噪声传感器23和振动传感器22所测数据传到计算机，计算机处理后在显示器上显示振动加速度、噪声声压以及转动磨损量与时间的关系图。其中，转动磨损量与时间的关系是根据灵敏电流检测计检测的电流与时间的关系对照计算机存储的转动磨损量与电流变化的离散关系数据自动生成。

步骤五、打开密封腔侧门，取下关节窝夹具和关节头夹具8，取出关节头9和关节窝11。

该机器人球窝关节摩擦副的测试装置进行关节头摆动磨损测试的过程如下：

步骤一、用精密电子天平称量被测球窝关节的质量，关节头夹具8夹紧被测球窝关节的关节头9，关节窝夹具12夹紧被测球窝关节的关节窝11。

步骤二、打开密封腔侧门10，使关节窝夹具的三个定位凹槽分别套在第一旋转轴3的三个凸台上，且关节窝夹具12与第一旋转轴3固定；关节头夹具8的三个定位凹槽分别套在加载轴13的三个凸台上，且关节头夹具8与加载轴13固定。灵敏电流检测计21和振动传感器22均置于关节窝11上。

步骤三、关闭密封腔侧门10，在密封腔室密封的条件下进行检测。

步骤四、计算机设定第一伺服电机1的转速，并设定第一伺服电机1的转动时间从而设置对磨时间；数据采集仪采集速度传感器一18测得的第一伺服电机转速，并反馈给计算机，计算机通过闭环控制来准确设定第一伺服电机的转速；数据采集仪采集压力传感器19测得的数据，并反馈给计算机，计算机通过闭环控制来准确设定螺母14对载荷加载轴13施加的载荷大小；启动第一伺服电机1，对关节头9和关节窝11接触表面进行摩擦测试，数据采集仪将灵敏电流检测计21、噪声传感器23和振动传感器22所测数据传送给计算机，计算机显示器显示振动加速度、噪声声压以及摆动磨损量与时间的关系图。其中，摆动磨损量与时间的关系是根据灵敏电流检测计检测的电流与时间的关系对照计算机存储的摆动磨损量与电流变化的离散关系数据自动生成。

步骤五、打开密封腔侧门，松开关节窝夹具和关节头夹具8，取出关节头9和关节窝11。

Claims (4)

1.一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置，包括密封装置、驱动装置、固定装置、加载装置、检测系统和计算机控制系统，其特征在于：所述的密封装置包括密封腔腔体；所述的密封腔室设有密封腔侧门；第二旋转轴和加载轴同轴设置在密封腔腔体相对的两个面上，第一旋转轴与加载轴垂直设置；所述的第一旋转轴和第二旋转轴均通过轴承支承在密封腔腔体上；所述的加载轴与密封腔腔体构成滑动副；

所述的驱动装置包括第一伺服电机和第二伺服电机；第一伺服电机的输出轴通过第一联轴器连接第一旋转轴位于密封腔腔体腔外的一端，第二伺服电机的输出轴通过第二联轴器连接第二旋转轴位于密封腔腔体腔外的一端；

所述的固定装置包括关节窝夹具和关节头夹具；

所述的加载装置包括第三伺服电机；第三伺服电机的输出轴与丝杠通过第三联轴器连接，丝杠与螺母构成螺旋副；载荷加载轴套置在丝杠上，载荷加载轴位于密封腔腔外的一端端面与螺母固定；

所述的检测系统包括灵敏电流检测计、精密电子天平、噪声传感器和振动传感器；所述的灵敏电流检测计检测由低压直流电源供电的关节窝电流变化；所述的精密电子天平测量关节窝的磨损量；噪声传感器设置在密封腔室内；振动传感器测量关节窝的振动；

所述的计算机控制系统由数据采集仪和计算机组成；数据采集仪通过无线通讯接收灵敏电流检测计、噪声传感器、振动传感器采集的数据，并经处理后传送到计算机；计算机控制第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机。

2.根据权利要求1所述的一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置，其特征在于：所述密封腔侧门的内侧壁设置密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置，其特征在于：所述的第一旋转轴、第二旋转轴以及加载轴位于密封腔室内的一端端面均开设有一体成型且沿周向均布的三个凹槽；所述关节窝夹具的底端端面开设有沿周向均布的三个定位凸台；所述关节头夹具的底端端面也开设有沿周向均布的三个定位凸台。

4.根据权利要求1所述的一种机器人球窝关节摩擦副的测试装置，其特征在于：所述的检测系统还包括速度传感器一、速度传感器二和压力传感器；所述的速度传感器一测第一伺服电机的转速，速度传感器二测第二伺服电机的转速，压力传感器测量螺母对载荷加载轴的载荷大小；速度传感器一、速度传感器二和压力传感器采集的数据通过无线通讯传给数据采集仪。