CN216050455U

CN216050455U - 惯量测试系统

Info

Publication number: CN216050455U
Application number: CN202122606979.5U
Authority: CN
Inventors: 王志航; 肖栋; 张小鹏
Original assignee: KUKA Robotics Guangdong Co Ltd
Current assignee: KUKA Robotics Guangdong Co Ltd
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2031-10-27

Abstract

本申请属于测试装置技术领域，具体涉及一种惯量测试系统。该惯量测试系统包括：电机；扭矩传感器，所述扭矩传感器的一端与所述电机的输出轴相连，以用于检测所述电机的扭矩值；减速机，所述减速机的输入端通过传动轴与扭矩传感器的另一端相连，所述减速机的输出端与负载件相连，所述输出端带动所述负载件转动；光栅传感器，所述光栅传感器套设于所述传动轴上，以用于检测所述传动轴的偏移量。本申请的方案可通过扭矩传感器和光栅传感器对负载件的转动惯量进行精准的测算，保证数据的准确性和测试的稳定性，使得测试结果更加精准可靠，极大地提升了工作效率与质量。

Description

惯量测试系统

技术领域

本申请属于测试装置技术领域，具体涉及一种惯量测试系统。

背景技术

减速机作为工业机器人中的核心部件，其在应用之前通常需要在测试平台上进行大量测试验证工作，因而测试系统的准确与稳定对于减速机在机器人本体上的顺利工作发挥着至关重要的作用。

然而，在目前减速机测试系统中，负载的转动惯量测算通常是采用测量与估算的方式获得，与实际安装的负载的转动惯量误差较大；对于较高精密度的减速机测试来说，可能会对测试结果产生较大影响，进而影响到其在机器人上的应用。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种惯量测试系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本申请提供了一种惯量测试系统，其包括：

电机；

扭矩传感器，所述扭矩传感器的一端与所述电机的输出轴相连，以用于检测所述电机的扭矩值；

减速机，所述减速机的输入端通过传动轴与扭矩传感器的另一端相连，所述减速机的输出端与负载件相连，所述输出端带动所述负载件转动；

光栅传感器，所述光栅传感器套设于所述传动轴上，以用于检测所述传动轴的偏移量。

在本申请的一种示例性实施例中，所述扭矩传感器的两端分别通过挠性联轴器与所述传动轴和所述电机的输出轴相连。

在本申请的一种示例性实施例中，所述传动轴通过刚性联轴器与减速机的输入端相连。

在本申请的一种示例性实施例中，所述惯量测试系统还包括：

工作台，所述工作台上设有导轨；

至少一组滑台，所述滑台与所述导轨滑动相连；

其中，所述减速机、电机、扭矩传感器和光栅传感器中至少一者设于所述滑台上。

在本申请的一种示例性实施例中，所述减速机、电机、扭矩传感器和光栅传感器设于同一组所述滑台上；

或所述减速机设于所述工作台上，所述电机、扭矩传感器和光栅传感器设于同一组所述滑台上；

或所述减速机设于所述滑台上，所述电机、扭矩传感器和光栅传感器设于所述工作台上。

在本申请的一种示例性实施例中，所述至少一组滑台包括第一滑台和第二滑台，所述减速机设于所述第一滑台上，所述电机、扭矩传感器和光栅传感器均设于所述第二滑台上。

在本申请的一种示例性实施例中，所述滑台包括安装板和至少一个滑块，所述滑块设于所述安装板的底部，并与所述导轨滑动相连。

在本申请的一种示例性实施例中，所述滑台还包括调节组件，所述调节组件包括：

调节杆，位于所述安装板的底部，所述调节杆包括第一固定部、第二固定部和外螺纹部，所述外螺纹部设于所述第一固定部和所述第二固定部之间，且所述第一固定部通过第一支撑件与所述工作台固定连接，所述第二固定部通过第二支撑件与所述工作台固定连接；

调节块，与所述安装板的底部固定连接，且所述调节块套设于所述外螺纹部的外侧，并与所述外螺纹部螺纹连接。

在本申请的一种示例性实施例中，所述调节块包括：

连接部，与所述安装板的底部固定相连，且所述连接部具有安装孔；

调节部，所述调节部具有主体部和凸出部，所述主体部的部分嵌合在所述安装孔内，所述主体部的另一部分的外周上设有所述凸出部，所述凸出部与所述连接部的端面相抵靠。

在本申请的一种示例性实施例中，所述惯量测试系统还包括控制器，所述控制器与所述扭矩传感器和所述光栅传感器通信连接。

本申请方案具有以下有益效果：

通过扭矩传感器和光栅传感器分别精确的测算电机扭矩值和传动轴的偏移量，避免了因估算和粗测导致的误差，提高了数据的准确性和测试的稳定性，从而使得负载件的转动惯量测试结果更加精准与可靠，进而能够为机器人本体上减速机的选型提供更为精准的依据，降低机器人使用过程中减速机的故障率。

本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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示出了本申请实施例所述的惯量测试系统结构示意图；

图2示出了图1中A处的局部放大图。

附图标记说明：

100、电机；200、扭矩传感器；201、第一联轴器；300、减速机；400、传动轴；401、第二联轴器；500、负载件；600、光栅传感器；700、工作台；701、导轨；702、第一支撑件；703、第二支撑件；800、滑台；801、安装板、802、滑块；803、调节组件；8031、调节杆；8031a、第一固定部；8031b、第二固定部；8031c、外螺纹部；8032、调节块；80321、调节部；803211、主体部；803212、凸出部；80322、连接部；80323、安装孔。

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范例；相反，提供这些实施方式使得本申请将更加全面和完整，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。

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申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本申请各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

本申请实施例提供了一种惯量测试系统，主要用于对减速机相连的负载件进行转动惯量测试，以提供更加精准和可靠的数据，从而提高整个测试系统的整体性能和测试精度，进而为机器人在减速机的选型提供更为精准的依据，降低机器人使用过程中减速机的故障率；且采用本申请的测试系统，使用更加方便，可靠性高，标定精度高，极大地提升了工作效率与质量。

需要说明的是，本申请惯量测试系统即可适用于工业机器人常用的谐波、RV与行星等减速机的负载测试工作，也可应用在其他不同原理的减速机的测试工作中，包括但不限于涡轮蜗杆、链条、同步带等减速或加速形式的减速机；此外，该惯量测试系统不仅可用于减速机测试过程中负载的转动惯量测量，同时也可使用在其他对特定物体的转动惯量的标定方案中，包括但不限于零件结构验证、功能性测试等情况。

示例地，如图1所示，惯量测试系统包括电机100、扭矩传感器200、减速机300和光栅传感器600，其中，电机100主要用于提供初始扭矩和匀加速运动轨迹，并通过扭矩传感器200和传动轴400将其产生的扭矩传递至减速机300，减速机300可对电机传递的扭矩实现放大；而通过扭矩传感器200可检测电机100的扭矩大小，从而为调整电机100扭矩提供数据支持，且光栅传感器600可与传动轴400相连，通过光栅传感器600可检测传动轴400的偏移量。

具体地，如图1所示，扭矩传感器200的一端与电机100的输出轴转动相连，另一端与传动轴400转动相连，以用于检测并获取电机100的实时扭矩值大小，以提供更加精准可靠的数据；传动轴400的另一端与减速机300的输入端转动相连，通过传动轴400的传递扭矩，将电机100产生的扭矩逐渐传输至减速机300上，减速机300的输出端转动连接有负载件500，通过减速机300带动负载件500转动，并通过检测获取的扭矩值和偏移量，计算负载件500相对应的转动惯量值。

示例地，如图1所示，扭矩传感器200与电机100和传动轴400均通过第一联轴器201相连，且具体为挠性联轴器，采用挠性联轴器由于联轴器中有挠性零件，除了传递扭矩和匀加速运动外，还能起到补偿联轴器接轴各种不对中的作用，从而提高整个测试系统的测试准确性，以使得扭矩传感器200能够精准的获取电机100的扭矩值，减少不对中所产生的误差。

需要说明的是，扭矩传感器200与电机100和传动轴400还可以通过直连、连接套、花键或齿轮啮合的方式进行连接，不限于采用联轴器这一种方式。

进一步地，如图1所示，传动轴400与减速机300的输入端相连的一端采用第二联轴器401进行连接，具体为刚性联轴器，采用刚性联轴器仅仅起到传递扭矩的作用，将电机100的扭矩传输至减速机300，减速机300再对其进行放大处理。

需要说明的是，传动轴400与减速机300的输入端也可以采用挠性联轴器，也可以采用直连、连接套、花键或齿轮啮合的方式连接。

此外，如图1所示，光栅传感器600套设在传动轴400上，其用于检测在转动过程中传动轴400的位置关系，也即传动轴400的偏移量；其中，在本实施例中，通过扭矩传感器200和光栅采集得到的数据通过处理与计算可以得出准确的负载件500的转动惯量值。

具体地，获取负载件500的转动惯量值J的计算公式为：

其中，α为电机100的角加速度，M为负载件500的力矩；角加速度α可通过设置电机100做匀加速运动得出，而力矩M由以下公式计算得出：M＝M_in×i-M_f-α×J_R；其中，M_in为电机100输入扭矩，i为待测试减速机300的减速比，M_in×i即为减速机放大的扭矩；M_f为电机100的摩擦力矩，α为电机100的角加速度，J_R为挠性联轴器、传动轴400、刚性联轴器和减速机300转子的转动惯量。

需要说明的是，挠性联轴器和刚性联轴器是标准件，其转动惯量是标准已知的，也可根据挠性联轴器和刚性联轴器的标准尺寸，按照圆柱体计算其转动惯量，且传动轴400也可以通过圆柱轴尺寸计算得出；此外，减速机300转子的转动惯量同样是标准件，其转动惯量是已知可获取的；电机100的摩擦力矩可通过光栅传感器600和扭矩传感器200配合测出，具体为，光栅传感器600采集传动轴400的位置信息，也即驱动后传动轴400产生位移这段时间内，扭矩传感器200检测到的临界扭矩就是摩擦力矩M_f。

其中，为了计算负载件500的转动惯量，可采用控制器(图中未示出)的方式进行计算，将上述预设公式、已知值以及扭矩传感器200和光栅传感器600检测并获取到的扭矩值和偏移量输入至控制器中，通过预设公式进行计算以获取负载件500的转动惯量值，获取的转动惯量值精准，且提高了测试效率。

此外，如图1所示，本申请提到的惯量测试系统还包括工作台700和至少一组滑台800；其中，工作台700上设有导轨701；滑台800与导轨701相互配合，使滑台800能够相对于工作台700进行滑动，即：滑台800可与导轨701滑动相连。

需要说明的是，电机100、减速机300、扭矩传感器200和光栅传感器600均包括有安装位，分别对应电机安装位、减速机安装位、扭矩传感器安装位和光栅传感器安装位，其电机安装位、减速机安装位、扭矩传感器安装位和光栅传感器安装位至少一者固定设置在滑台800上，也就是说，电机100、减速机300、扭矩传感器200和光栅传感器600中至少一者可固定设置在滑台800上。

在一实施例中，惯量测试系统可包括一组滑台800，减速机300可设置在工作台700上，而电机100、扭矩传感器200和光栅传感器600通过对应的安装位固定安装同一组滑台800上，推动滑台800在工作台700上滑动，以调节减速机300与电机100、扭矩传感器200和光栅传感器600的距离，从而实现对不同的装置进行测算；此外，也可将减速机300设置在滑台800上，电机100、扭矩传感器200和光栅传感器600固定安装在工作台700上，能够调节减速机300与其之间的距离即可。

在另一实施例中，如图1所示，惯量测试系统可包括两组滑台800，分别为第一滑台和第二滑台，其中，电机安装位、扭矩传感器安装位和光栅传感器安装位可固定在第一滑台上，减速机安装位固定在第二滑台上，通过采用上述结构，能够针对减速机300与电机100、扭矩传感器200和传动轴400之间的距离进行调整，从而能够针对不同的减速机300进行调整与测算，增加整体测试系统的精准与可靠，极大地提升了工作效率与质量。

在又一实施例中，惯量测试系统包括一组滑台800，电机100、扭矩传感器200、光栅传感器600和减速机300均安装在该滑台800上，实现单一减速机300测算，且滑台800能够相对于工作台700进行滑动，使得移动更加简单，操作更加方便。

示例地，在本实施例中，如图1所示，设置有两组滑台800，工作台700固定有四条导轨701，其中，左右各两条且对称设置，且通过螺栓或铆接的方式固定在工作台700上，以此保证整体系统的稳定性。

其中，滑台800包括安装板801，该安装板801的底部设置有与导轨701相对应的多个滑块802，且滑块802通过螺栓或焊接等方式安装在安装板801的底部。举例而言，一条导轨701上可对应设有三个滑块802，滑块802与导轨701之间发生相对滑动，从而调整电机100、扭矩传感器200和光栅传感器600与减速机300之间的距离。

需要说明的是，第一滑台的安装板801上固定设有电机安装位、减速机安装位、扭矩传感器安装位和光栅传感器安装位，以此来调整电机安装位、扭矩传感器安装位和光栅传感器安装位与减速机安装位之间的位置关系。

可选地，若采用一组滑台800，则工作台700上固定设有左右两条导轨701，滑台800的安装板801底部设有六个滑块802，左右两条导轨701各对应三个滑块802，从而实现电机100、扭矩传感器200、光栅传感器600和减速机300的移动，惯量测试系统使用方便，提高工作效率与质量。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，滑台800还可以包括调节组件803，调节组件803用于调整安装板801与工作台700之间的相对位置，其中，调节组件803包括调节杆8031和调节块8032，调节块8032与调节杆8031之间相连，且调节块8032与安装板801固定连接，具体可通过螺栓、铆接或焊接等固定方式与安装板801固定连接。

示例地，如图1和图2所示，调节杆8031包括第一固定部8031a、第二固定部8031b和外螺纹部8031c，其中，外螺纹部8031c设在第一固定部8031a和第二固定部8031b之间，且三者为一体结构；工作台700上可固定设有第一支撑件702和第二支撑件703；装配时，第二固定部8031b先贯穿第一支撑件702再与第二支撑件703固定连接，使得调节杆8031的最低端位于工作台700的上方。

需要说明的是，第一固定部8031a通过第一支撑件702固定在工作台700的顶面，第二固定部8031b通过第二支撑件703固定在工作台700的顶面，通过第一支撑件702和第二支撑件703将调节杆8031固定在工作台700的顶面的上方，以便于转动调节杆8031。

此外，调节块8032可套设于外螺纹部8031c的外侧，并与外螺纹部8031c螺纹连接。换言之，调节块8032内部设有内螺纹孔，其与外螺纹部8031c螺纹配合，当转动调节杆8031时，调节块8032在外螺纹部8031c上左右移动，以此来驱动安装板801的位置，从而调整电机100、扭矩传感器200和光栅传感器600与减速机300之间的距离，增加整体的实用性和工作效率。

具体地，如图2所示，该调节块8032可包括调节部80321和连接部80322，连接部80322可与安装板801的底部固定连接，具体可通过螺栓、铆接或焊接等方式与安装板801的底部固定连接，防止两者发生相对滑动；连接部80322开设有供调节部80321安装的安装孔80323，调节部80321的部分嵌套在安装孔80323内，且调节部80321套设在外螺纹部8031c上，并与外螺纹部8031c螺纹连接。

进一步地，调节部80321可包括主体部803211和凸出部803212，主体部803211的部分嵌合在安装孔80323内，且主体部803211的另一部分的外周上设有凸出部803212，凸出部803212凸出安装孔80323，且与连接部80322的端面相抵靠，此处提到的连接部80322的端面指的是连接部80322在安装孔的轴向上的外壁面。

需要说明的是，为了实现调节块8032在调节杆8031上稳定移动，调节部80321与连接部80322可通过螺栓等方式固定连接，防止其发生滑落，影响整体的工作效率与质量。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示例地”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，故但凡依本申请的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本申请专利涵盖的范围之内。

Claims

1.一种惯量测试系统，其特征在于，所述惯量测试系统包括：

电机；

2.根据权利要求1所述的惯量测试系统，其特征在于，所述扭矩传感器的两端分别通过挠性联轴器与所述传动轴和所述电机的输出轴相连。

3.根据权利要求2所述的惯量测试系统，其特征在于，所述传动轴通过刚性联轴器与减速机的输入端相连。

4.根据权利要求1所述的惯量测试系统，其特征在于，所述惯量测试系统还包括：

工作台，所述工作台上设有导轨；

至少一组滑台，所述滑台与所述导轨滑动相连；

5.根据权利要求4所述的惯量测试系统，其特征在于，所述减速机、电机、扭矩传感器和光栅传感器设于同一组所述滑台上；

6.根据权利要求5所述的惯量测试系统，其特征在于，所述至少一组滑台包括第一滑台和第二滑台，所述减速机设于所述第一滑台上，所述电机、扭矩传感器和光栅传感器均设于所述第二滑台上。

7.根据权利要求6所述的惯量测试系统，其特征在于，所述滑台包括安装板和至少一个滑块，所述滑块设于所述安装板的底部，并与所述导轨滑动相连。

8.根据权利要求7所述的惯量测试系统，其特征在于，所述滑台还包括调节组件，所述调节组件包括：

9.根据权利要求8所述的惯量测试系统，其特征在于，所述调节块包括：

10.根据权利要求1至9中任一项所述的惯量测试系统，其特征在于，所述惯量测试系统还包括控制器，所述控制器与所述扭矩传感器和所述光栅传感器通信连接。