国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

新型機器人用RV減速器測試平臺的設(shè)計與試驗分析

2016-10-18 09:59:04史旭東崔玉明朱劍鋒
制造業(yè)自動化 2016年9期
關(guān)鍵詞:減速器型號編碼器

史旭東,崔玉明,朱劍鋒

(1.南京工程學院,南京 211167;2.南京康尼機電股份有限公司,南京 210013)

新型機器人用RV減速器測試平臺的設(shè)計與試驗分析

史旭東1,2,崔玉明2,朱劍鋒2

(1.南京工程學院,南京 211167;2.南京康尼機電股份有限公司,南京 210013)

以機器人用RV減速器為研究對象,針對影響其主要精度和性能的項目指標,結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點,分析并設(shè)計新型機器人用RV減速器測試平臺及相應的PLC數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論分析和試驗驗證的方法,研究了測試平臺的精度和測試效果。結(jié)果表明:該測試平臺能夠滿足多型號RV減速器多項主要性能參數(shù)的測試要求,提高測試效率,降低測試成本;實際對比測試結(jié)果顯示部分國產(chǎn)RV減速器在扭轉(zhuǎn)剛度、回差和角度傳遞誤差等方面均不及進口減速器水平;對比測試的結(jié)果與理論值接近,測試方法正確,可為其他類型機器人用精密減速器的測試提供參考和依據(jù)。

RV減速器;扭轉(zhuǎn)剛度;回差;測試平臺;對比試驗

0 引言

隨著德國“工業(yè)4.0”概念的提出,智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流的理念迅速普及開來,國內(nèi)也相應的提出了“中國制造2025”戰(zhàn)略。在由“中國制造”向“中國智造”的深刻改革進程中都離不開智能工業(yè)機器人的參與。機器人生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量則主要取決于機器人關(guān)節(jié)RV減速器的精度和性能[1,2],RV減速器如圖1所示。因此,對機器人用RV減速器的精度和性能進行精確地測試是優(yōu)化RV減速器、提高機器人精度、保證其產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)和前提[3,4]。現(xiàn)有減速器測試臺測試精度和效率較低、適用范圍小、測試成本高,故設(shè)計一種新型的機器人RV減速器測試平臺是十分重要和必要的。

圖1 機器人用RV減速器

1 性能分析

對于機器人用RV減速器而言,其主要性能指標有很多項,使用過程中對機器人精度起主要影響作用的有以下三項[5,6]。

1.1回差

將RV減速器輸入端與殼體均固定,在輸出端施加3%額定轉(zhuǎn)矩順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)時,減速器輸出端產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角差值即為減速器的回差。其在RV減速器滯回曲線中可以形象的表示出來,如圖2中所示。

圖2 RV減速器滯回曲線

1.2扭轉(zhuǎn)剛度和空程

將RV減速器輸入端與殼體均固定,對減速器輸出端施加扭矩載荷時,減速器承受的負載轉(zhuǎn)矩與切向彈性變形轉(zhuǎn)角之比值即為其扭轉(zhuǎn)剛度,它描述的是減速器抗變形能力的大小。而空程則代表減速器輸出軸由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的過程中齒輪嚙合的間隙對減速器精度的影響,以負載扭矩為零時輸出軸換向轉(zhuǎn)動過程中的轉(zhuǎn)角變化來表示,如圖2所示。

1.3角度傳遞誤差

角度傳遞誤差是指輸入任意旋轉(zhuǎn)角時的理論輸出旋轉(zhuǎn)角度與實際輸出旋轉(zhuǎn)角度之間的差,它反映了減速器在不同工作狀態(tài)下的輸出精度。

2 測試平臺設(shè)計與分析

現(xiàn)有測試臺可以實現(xiàn)對某一型號減速器產(chǎn)品的測試,或者可以對不同型號產(chǎn)品的同一項性能要求進行測試[7~11],但是為了進一步提高測試精度、降低測試成本、擴大測試平臺的適用范圍,本文基于對RV減速器多項測試項目要求的分析,設(shè)計一種新型RV減速器測試平臺。

新型RV減速器測試平臺主要包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)、控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),其系統(tǒng)框圖如圖3所示。其中伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要控制伺服電機和加載裝置,為整個測試平臺提供動力和負載;機械傳動系統(tǒng)主要包括整個測試平臺的零部件結(jié)構(gòu)與配合,保證RV減速器測試平臺傳動和加載的實現(xiàn);控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括角度編碼器、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PLC控制器和顯示器等,主要將傳感器輸出的信號采集并分析處理后以Excel圖表形式輸出,并以PLC控制器實現(xiàn)多個測試項目之間的切換。

圖3 測試平臺系統(tǒng)框圖

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型RV減速器測試平臺包括輸入端組件、減速器組件、輸出端組件和加載裝置等。其中,輸入端組件包括移動滑臺、伺服電機、輸入端軸承座和輸入端角度編碼器;減速器組件包括輸入齒輪軸、RV減速器、安裝法蘭和輸出法蘭;輸出端組件包括輸出軸、輸出端軸承座、輸出端角度編碼器和扭矩傳感器;加載裝置為氣動盤式制動器。RV減速器測試平臺整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 測試平臺整體結(jié)構(gòu)

該方案將測試平臺的輸入端設(shè)置成可快速移動的精密移動滑臺結(jié)構(gòu),減速器安裝和輸出部分也設(shè)計成可拆卸的過渡法蘭聯(lián)接,方便多種型號RV減速器的快速換接,因此,該新型測試平臺可以方便的對不同型號RV減速器進行性能測試。在對不同RV減速器進行性能測試時,僅需要將移動滑臺移出,更換RV減速器及其安裝和輸出法蘭以及相應的輸入齒輪,然后將移動滑臺推進至原位置并鎖緊即可,大大提高了測試效率,增大了測試平臺的適用范圍,縮減了測試成本。

同時,測試平臺加載裝置采用氣動盤式制動器,克服了磁粉離合器施加扭矩限制和手動砝碼加載的非連續(xù)性限制,能夠同時適用于動態(tài)和靜態(tài)加載,提高了加載效率。

2.2系統(tǒng)精度分析

根據(jù)文獻[12]可知,現(xiàn)有RV減速器精度基本在1′左右,高精度RV減速器精度甚至可以達到30″以內(nèi),因此本測試臺輸出端采用德國HEIDENHAIN高精度RON886角度編碼器(測量精度可以達到1″)測量減速器輸出軸的扭轉(zhuǎn)角變化量,同時在輸入端采用德國HEIDENHAIN高精度RON785角度編碼器(測量精度達到2″)測量減速器輸入軸的扭轉(zhuǎn)角變化量用來對比驗證,該方法大大提高的測試的精度。

RV減速器輸出端采用0~100N.m和0~1000N.m雙量程扭矩傳感器,扭矩傳感器精度為0.15%F.S,能夠滿足多種型號RV減速器性能測試的要求。

由于任何測試系統(tǒng)都不可避免的存在方法誤差,所以本系統(tǒng)中也存在一些對精度產(chǎn)生影響的因素,直接測得的數(shù)據(jù)并非是減速器本身的剛度,還包括輸入軸剛度、輸出軸剛度和支架剛度等等,各剛度因素等效示意圖如圖5所示。因此,還需要在測試數(shù)據(jù)上進行一定的處理才能得到RV減速器自身的扭轉(zhuǎn)剛度。

圖5 剛度影響因素等效示意圖

如上圖所示,各環(huán)節(jié)剛度影響基本為串聯(lián)關(guān)系,且支座剛度kz1和減速器支座剛度kz2與臺架固定連接,對系統(tǒng)測試結(jié)果影響較小,可以忽略不計。其中,考慮輸入軸剛度kin對輸出軸測試結(jié)果的影響,需要計入減速器傳動比i,因此減速器實際扭轉(zhuǎn)剛度k:

式中:

k為RV減速器實際扭轉(zhuǎn)剛度,N.m/arcmin;

kc為測試剛度,N.m/arcmin;

kin為輸入軸剛度,N.m/arcmin;

i為減速比;

kout為輸出軸剛度N.m/arcmin。

以上參數(shù)中,kc通過實際測試擬合得到,kin、kout通過計算得到,減速比i為已知量,進而可以求得RV減速器扭轉(zhuǎn)剛度k。

2.3數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)利用1臺S700控制器對現(xiàn)場的伺服驅(qū)動器、扭矩編碼器、角度編碼器進行通訊,其原理如圖6所示。其中伺服驅(qū)動器采用總線通訊方式;扭矩傳感器采用硬接線方式(PLC接收編碼器0~10V信號);角度編碼器利用差分信號轉(zhuǎn)換器將1vpp信號轉(zhuǎn)換為差分信號,利用PLC的高速計數(shù)器通訊。所有數(shù)據(jù)在S7200PLC內(nèi)進行處理。系統(tǒng)配置1臺人機界面觸摸屏與PLC控制器連接,用于顯示及設(shè)定各相關(guān)參數(shù)。

圖6 數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)原理圖

3 試驗驗證分析

3.1扭轉(zhuǎn)剛度、空程及回差試驗

對RV減速器分別正反向加載至其額定扭矩并卸載,采集扭矩傳感器及角度編碼器數(shù)值,并繪制RV減速器滯回曲線,使用最小二乘法擬合得到其扭轉(zhuǎn)剛度曲線,即可確定減速器空程、回差及其扭轉(zhuǎn)剛度。

為驗證測試結(jié)果,特取某型號國產(chǎn)RV減速器與進口RV減速器進行對比測試。由于測試數(shù)據(jù)較多,故取部分加載及測試結(jié)果如表1、表2所示,表1為進口RV減速器測試數(shù)據(jù),表2為國產(chǎn)RV減速器測試數(shù)據(jù)。

表1 進口某型號RV減速器剛度測試數(shù)據(jù)表

表2 國產(chǎn)某型號RV減速器剛度測試數(shù)據(jù)表

根據(jù)上表可以作出兩種RV減速器各自滯回曲線,如圖7所示,進而根據(jù)最小二乘法計算得出其扭轉(zhuǎn)剛度、空程和回差的實測值,剔除輸入輸出軸的剛度影響后,兩款RV減速器剛度特性各參數(shù)計算值如表3所示。

圖7 試驗滯回曲線

表3 RV減速器剛度特性表

可以看出,國產(chǎn)RV減速器扭轉(zhuǎn)剛度較進口RV減速器低28%,空程卻高出25.2%,說明國產(chǎn)RV減速器承載運行時抗變形能力較差,而空載運行時的嚙合間隙卻很大,進而可能導致RV減速器整體精度較差。另外,進口RV減速器剛度和回差的測試結(jié)果均與理論值接近且略大于理論值,正反轉(zhuǎn)過程中的換向精度較高,而國產(chǎn)RV減速器在該測試中表現(xiàn)較為一般。該試驗說明機器人用RV減速器的國產(chǎn)化要達到國際先進水平還需要一定的努力。通過該試驗研究,既得到了減速器的相關(guān)性能參數(shù),同時也驗證了該測試平臺的適用性和實用性,為其他型號機器人用精密減速器的測試提供了參考和依據(jù)。

3.2角度傳遞誤差試驗

根據(jù)角度傳遞誤差測試原理,對國產(chǎn)和進口RV減速器分別進行測試后得到其各自角度傳遞誤差曲線,如圖8所示。進而由圖8可以得到兩款減速器的角度傳遞誤差及其標準差,如表4所示。

由圖8和表4可以看出,進口RV減速器運行平穩(wěn),角度傳遞更為精確,且重復誤差較小,誤差波動范圍小。國產(chǎn)RV減速器在角度傳遞誤差上比進口產(chǎn)品誤差高出24.9%,角度傳遞誤差波動范圍超出28.9%,傳動精度明顯低于進口RV減速器。尤其是國產(chǎn)RV減速器角度傳遞的重復誤差為-0.441arcmin,遠大于進口減速器的0.018arcmin,因而對機器人重復定位精度影響較大。通過該測試,既得到了減速器的相關(guān)性能參數(shù),同時也驗證了該測試平臺的適用性和實用性,為其他型號機器人用精密減速器的測試提供了參考和依據(jù)。

圖8 角度傳遞誤差試驗曲線

表4 RV減速器角度傳遞誤差表

4 結(jié)論

本文針對機器人用RV減速器測試困難的現(xiàn)象,設(shè)計了一種新型機器人用RV減速器測試平臺,并通過對進口及國產(chǎn)某型號RV減速器的測試驗證了該測試平臺的實用性。結(jié)果表明:

1)該新型RV減速器測試平臺及其控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠滿足多型號RV減速器多項主要性能參數(shù)的測試要求,提高測試效率,降低測試成本;

2)對進口及國產(chǎn)某型號RV減速器進行實際測試后分析發(fā)現(xiàn),國產(chǎn)RV減速器在扭轉(zhuǎn)剛度、回差和角度傳遞誤差等方面均不及進口減速器水平,整體研制水平還需進一步提高;

3)該新型測試平臺能夠?qū)V減速器的主要性能進行高精度測試,對比測試結(jié)果與理論值接近,可信度高,可為其他類型機器人用精密減速器的測試提供參考和依據(jù)。

[1] 吳俊飛,周桂蓮,付平.機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置研究進展[J].青島化工學院學報 (自然科學版),2002,3:015.

[2] 徐暢.特種機電傳動機構(gòu)綜合性能試驗平臺傳動系統(tǒng)研究[D].重慶大學,2011.

[3] 張豐收,張琳琳,劉建亭,等.RV減速器動態(tài)特性研究綜述[J].機械傳動,2014,8:047.

[4] 劉繼巖,崔正昀,孫濤.RV減速器傳動精度的研究綜述[J]. 天津職業(yè)技術(shù)師范學院學報, 2005 (2): 1-3.

[5] 吳素珍,陳丹.機器人關(guān)節(jié)傳動用精密減速器研究進展[J].河南科技學院學報:自然科學版,2014,42(6):58-63.

[6] 姜振波.機器人用RV減速器動力學性能分析[D].大連交通大學,2010.

[7] 楊玉虎,朱臨宇,陳振宇,等.RV減速器扭轉(zhuǎn)剛度特性分析[J].天津大學學報:自然科學與工程技術(shù)版,2015,48(2):111-118.

[8] 陳鐵艷,范樹遷,杜平安.精密行星伺服減速器滯回曲線測試系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2010(1):106-107.

[9] 劉中華.新型精密行星傳動精度實驗測試與分析研究[D].重慶大學,2012.

[10] 韓林山,武蘭英,沈允文.2K-V型減速機傳動精度的靈敏度分析[J].機械科學與技術(shù),2010(10):1366-1369.

[11] 李充寧,蔡勝,楊保占.2K-V型擺線針輪減速機回差與剛度的試驗研究[J].機械設(shè)計,2014,1:008.

[12] 吳永寬,鄭劍云.機器人用高精度RV減速機幾何回差分析[J].大連鐵道學院學報,1999,20(2):24-27.

Design and experimental analysis of new test platform for RV reducer used in robot

SHI Xu-dong1,2,CUI Yu-ming2,ZHU Jian-feng2

TH132

A

1009-0134(2016)09-0141-05

2016-08-12

史旭東(1968 -),男,江蘇溧陽人,高級工程師,本科,研究方向為機械加工工藝與自動化設(shè)備。

猜你喜歡
減速器型號編碼器
“三化”在型號研制中的應用研究
型號產(chǎn)品配套管理模式探索與實踐
駝峰第三制動位減速器夾停鉤車問題的改進
低密度超音速減速器
軍事文摘(2018年24期)2018-12-26 00:57:40
基于FPGA的同步機軸角編碼器
基于PRBS檢測的8B/IOB編碼器設(shè)計
不同型號CTC/TDCS設(shè)備的互聯(lián)互通
基于ANSYS Workbench 的ATB260 減速器箱體模態(tài)分析
JESD204B接口協(xié)議中的8B10B編碼器設(shè)計
電子器件(2015年5期)2015-12-29 08:42:24
多總線式光電編碼器的設(shè)計與應用
兴仁县| 武强县| 阳谷县| 内乡县| 科尔| 郴州市| 巴彦淖尔市| 海阳市| 巫溪县| 治多县| 寿光市| 建宁县| 宁国市| 固始县| 扶沟县| 高要市| 株洲县| 宿松县| 大安市| 娄烦县| 合水县| 札达县| 尉犁县| 新乡县| 无锡市| 正宁县| 桂平市| 化德县| 南江县| 安达市| 荥经县| 启东市| 吉木乃县| 宜都市| 富源县| 馆陶县| 安吉县| 磐石市| 旅游| 轮台县| 砚山县|