TWM603957U

TWM603957U - 諧波減速機的診斷機構

Info

Publication number: TWM603957U
Application number: TW109208890U
Authority: TW
Inventors: 蕭仁忠; 劉奇泳; 曹凱傑; 陳健南; 馬庫; 林堃傑; 蔡松霖; 楊昀諭
Original assignee: 財團法人精密機械研究發展中心
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2020-11-11

Abstract

本創作說明了一種諧波減速機的診斷機構，其包含有一平台與架設於平台的一輸入馬達、一編碼器、一負載馬達、一扭力感測器與至少一加速規感測器。其中，輸入馬達連接諧波減速機並驅動其聯軸件轉動，編碼器套接於聯軸件並量測聯軸件的轉動角度。負載馬達是以定扭力的方式轉動，扭力感測器是同軸地連接聯軸件與負載馬達以感測輸入馬達的輸出扭矩。加速規感測器是用以獲取輸入馬達或諧波減速機的振動訊號。通過上述診斷機構，能在進行壽命測試時同時進行諧波減速機剛性及精度量測，達到不打開諧波減速機的情況下有效地診斷諧波減速機的健康狀態。

Description

諧波減速機的診斷機構

本創作係有關於諧波減速機，特別是指一種諧波減速機的診斷機構，能夠診斷諧波減速機的健康狀態。

諧波減速機具有高精度、高效率、高扭轉剛性、低啟動扭力等特性，因此被廣泛使用於機器人、自動化設備、工具機等產業上。諧波減速機主要是由波發生器、柔輪和剛輪三個基本零組件所構成，其作用原理是靠波發生器使柔輪產生彈性變形，使彈性變形的柔輪與剛輪相嚙合來傳遞動力，並傳動其他的齒輪。然而，諧波減速機的柔輪在運轉過程中會不斷地產生變形，加上柔輪的結構設計是屬於薄型彈性金屬，因此最容易產生磨耗並因受到過大的扭矩而造成損壞。但由於柔輪是組裝在諧波減速機的內部，並無法從外觀上直接看到柔輪的磨耗與損壞情形。在諧波減速器長時間的運轉之下，通常是等到機械設備的精度失準後或是諧波減速機損壞後才會發現柔輪有損壞。而且就創作人所知，現有的檢測或診斷設備並無法達成自動檢測精度之功能，因此很難在線上得知目前諧波減速機的狀態及剛性及精度的變化，因而尚有改善的空間。

有鑑於此，本創作之其中一個目的乃在於提供一種諧波減速機的診斷機構，其可有效地檢測出諧波減速機的輸出扭矩與諧波減速機剛性及精度。

本創作之其中一個目的乃在於提供一種諧波減速機的診斷機構，其能診斷諧波減速機的健康狀態。

緣是，依據本創作所提供之一種諧波減速機的診斷機構，其係用以診斷一諧波減速機的健康狀態，諧波減速機具有一聯軸件，診斷機構包含有一平台、一輸入馬達、一編碼器、一負載馬達、一扭力感測器與至少一加速規感測器。其中，輸入馬達是架設於平台上，輸入馬達連接諧波減速機並驅動聯軸件轉動。編碼器套接於聯軸件並量測聯軸件的轉動角度。負載馬達是架設於平台上並具有一輸出軸，負載馬達以定扭力地方式驅動輸出軸轉動。扭力感測器是同軸地連接聯軸件與輸出軸以感測輸入馬達經由諧波減速機的聯軸件所輸出的輸出扭矩，加速規感測器是設於輸入馬達或諧波減速機以獲取輸入馬達或諧波減速機的振動訊號。

經由上述諧波減速機的診斷機構，便能量測出諧波減速機的實際輸出扭矩、轉動角度與振動訊號等訊號，之後便能依據上述多項異質訊號進行分析處理，藉以監測與預警諧波減速機的健康狀態，並掌握諧波減速機的使用壽命與剛性及精度等資訊。

首先要說明的是，本實用新型所提供的技術特徵不限於實施方式所描述的特定結構、用途以及其應用。說明內容使用的用語皆為所屬技術領域中具有通常知識者所能理解的例示性描述用語，本說明書內容所提及的“前”、“上”、“下”、“後”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內”，以及“外”等方向性形容用語，也只是以正常使用方向為基準的例示性描述用語，並非作為限制主張範圍的用意。

為了詳細說明本創作之技術特點所在，茲舉以下之實施例並配合圖式說明如後，其中：

如圖1至圖3所示，實施例所提供之一種諧波減速機的診斷機構10，用以診斷一諧波減速機D的健康狀態，諧波減速機D具有一聯軸件A，診斷機構10包含有一平台11、一輸入馬達12、一編碼器13、一負載馬達14、一扭力感測器15與二個加速規感測器(分別為第一加速規感測器17與第二加速規感測器18)。

平台11為一花崗岩平台桌，藉以供上述輸入馬達12、負載馬達14與扭力感測器15能分別通過調整座治具而架設於平台11上。

輸入馬達12是架設於平台11上，輸入馬達12連接諧波減速機D以達到減速效果，並且輸入馬達12還能驅動聯軸件A以一第一轉動方向(例如順時針方向)轉動。

編碼器13於本實施例中為一絕對式編碼器，編碼器13是連接諧波減速機D的聯軸件A，編碼器13量測諧波減速機D的聯軸件A的實際轉動角度。

負載馬達14是架設於平台11上，負載馬達14連接一行星減速器141並通過行星減速器141達成減速效果。負載馬達14還具有一輸出軸142。負載馬達14是以定扭力的方式而驅動輸出軸142以一第二轉動方向(例如逆時針方向)轉動，第一轉動方向係相反於第一轉動方向。

扭力感測器15是架設於平台11上，扭力感測器15的相對二端分別通過一個聯軸器16而同軸地連接聯軸件A與輸出軸142。扭力感測器15是用來感測輸入馬達12經由諧波減速機D的聯軸件A所輸出的輸出扭矩。

第一加速規感測器17是設於輸入馬達12，其用以獲取輸入馬達12的一垂直軸振動訊號。

第二加速規感測器18是設於諧波減速機D，其用以獲取諧波減速機D的三維振動訊號。

另外，為了增加診斷的準確性，本實施例還在諧波減速機D上設置有一溫度傳感器19，其用以獲取諧波減速機D的一溫度訊號。

請特別參考圖3。為了進行後續訊號的擷取與分析，本實施例還設有一控制電腦20(內部設有處理器25)，控制電腦20設有一螢幕21、一高頻訊號擷取模組22與一低頻訊號擷取模組23。高頻訊號擷取模組22電連接第一與第二加速規感測器17,18，使控制電腦20能通過高頻訊號擷取模組22擷取輸入馬達12的垂直軸振動訊號與諧波減速機D的三維振動訊號。低頻訊號擷取模組23電連接溫度傳感器19與扭力感測器15，使控制電腦20能通過低頻訊號擷取模組23擷取上述輸出扭矩與溫度訊號。控制電腦20內部還建置有一軟體介面程式，用以將上述擷取到的各項訊號進行監控與顯示。另外，控制電腦20還通過一馬達控制器24來電連接輸入馬達12、編碼器13與負載馬達14，藉以控制輸入馬達12與負載馬達14的轉動，並且獲得編碼器13所量測到的轉動角度。控制電腦20是以TCP/IP通訊方式對於一馬達運動控制程式進行連線，並接收馬達運動控制程式的訊號進行第一與第二加速規感測器17,18訊號擷取的開始和停止。

諧波減速機的診斷機構10的結構業已說明完畢，以下將說明如何使用本實施例的諧波減速機的診斷機構10來進行諧波減速機D的扭轉剛性量測與角度傳達精度量測，以及如何使用診斷機構10來診斷諧波減速機D的健康狀態。

A: 扭轉剛性測試：

扭轉剛性測試主要是將諧波減速機D的輸入端(即輸入馬達12的輸出端)固定，由負載馬達14施加不同的扭矩(ΔT)並記錄諧波減速機D承受所施加的扭矩後的位移量(ΔΘ)，之後再利用以下公式：扭轉剛性=ΔT/ΔΘ，來計算諧波減速機D的扭轉剛性是否正常。

B: 角度傳達精度量測：

角度傳達精度量測主要是確認當諧波減速機D的輸入端(即輸入馬達12的輸出端)給予一角度位移訊號時，諧波減速機D實際的轉動角度與預期轉動角度的差異。因此將輸入馬達12以位置模式而以每轉固定角度的方式進行轉動，之後紀錄編碼器13所擷取的訊號並以上述每轉固定角度進行比較，角度傳達精度將以二者之間的最大誤差及平均誤差兩個數值作為精度評斷標準。

C: 診斷諧波減速機的健康狀態：

請配合參考圖4。首先，控制電腦20將擷取上述垂直軸振動訊號、三維振動訊號、輸出扭矩、溫度訊號與角度傳遞精度等訊號。接著，將上述擷取到的訊號進行預處理與訊號特徵分析，以例如快速傅立葉轉換與離散小波轉換的方式找出特徵頻譜。之後，建立一機器學習演算模型以及一人工神經網路(Artificial Neural Network, ANN)演算法，並利用上述特徵頻譜來進行離線機器學習與模型演算訓練，訓練完畢再對諧波減速機D進行精度預測以及系統故障的預測分析，並將分析結果顯示於控制電腦20的螢幕21上，藉以在不打開諧波減速器的情況下，有效地診斷諧波減速機D的健康狀態。

最後，必須再次說明的是，本實用新型於前述實施例中所揭露構成元件與使用方法僅為舉例說明，並非用來限制本實用新型的專利範圍，舉凡未超脫本實用新型精神所作的簡易結構潤飾或變化，或與其他等效元件的更替，仍應屬於本實用新型申請專利範圍涵蓋的範疇。

10:診斷機構 11:平台 12:輸入馬達 13:編碼器 14:負載馬達 141:行星減速器 142:輸出軸 15:扭力感測器 16:聯軸器 17:第一加速規感測器 18:第二加速規感測器 19:溫度傳感器 20:控制電腦 21:螢幕 22:高頻訊號擷取模組 23:低頻訊號擷取模組 24:馬達控制器 25:處理器 D:諧波減速機 A:聯軸件

有關諧波減速機的診斷機構的詳細構造、特點、組裝或使用方式將於以下的實施例予以說明，然而，應能理解的是，以下將說明的實施例以及圖式僅只作為示例性地說明，其不應用來限制本創作的申請專利範圍，其中：

圖1係本創作實施例的諧波減速機的診斷機構的立體圖。圖2係圖1的側視圖。圖3係本創作實施例的諧波減速機的診斷機構的元件方塊圖。圖4係本創作實施例的諧波減速機的診斷機構的訊號擷取與演算法建立的處理流程圖。

10:診斷機構

11:平台

12:輸入馬達

13:編碼器

14:負載馬達

15:扭力感測器

D:諧波減速機

Claims

一種諧波減速機的診斷機構，用以診斷一諧波減速機的健康狀態，該諧波減速機具有一聯軸件，該診斷機構包含有：一平台；一輸入馬達，架設於該平台上，該輸入馬達連接該諧波減速機；一編碼器，套接該聯軸件並量測該聯軸件的轉動角度；一負載馬達，架設於該平台上並具有一輸出軸，該負載馬達以定扭力的方式驅動該輸出軸轉動；一扭力感測器，同軸地連接該聯軸件與該輸出軸以感測該輸入馬達經由該諧波減速機的該聯軸件所輸出的輸出扭矩；至少一加速規感測器，設於該輸入馬達或該諧波減速機以獲取該輸入馬達或該諧波減速機的振動訊號。
如請求項1所述的諧波減速機的診斷機構，其中該至少一加速規感測器為一第一加速規感測器，該第一加速規感測器設於該輸入馬達以獲取該輸入馬達的一垂直軸振動訊號。
如請求項2所述的諧波減速機的診斷機構，該至少一加速規感測器更包含有一第二加速規感測器，該第二加速規感測器設於該諧波減速機以獲取該諧波減速機的三維振動訊號。
如請求項3所述的諧波減速機的診斷機構，更包含有一溫度感測器，該溫度感測器設於該諧波減速機以獲取該諧波減速機的一溫度訊號。
如請求項1所述的諧波減速機的診斷機構，其中該輸入馬達驅動該聯軸件以一第一轉動方向轉動，該負載馬達驅動該輸出軸以一第二轉動方向轉動，並且該第一轉動方向係相反於該第一轉動方向。