本实用新型专利技术公开了一种模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置，包括工作台面、输入伺服电机、行星齿轮减速器、第一联轴器、动态扭矩传感器、第二联轴器、角度传感器、双轴承座、变惯量杆臂、第三联轴器、转轴、质量滑块、定位螺栓、磁滞测功机、第一支撑底座、第二支撑底座和第三支撑底座，输入伺服电机的输出轴依次连接沿一条直线依次分布的行星齿轮减速器、第一联轴器、动态扭矩传感器、第二联轴器、角度传感器、转轴、第三联轴器和磁滞测功机；本实用新型专利技术综合了惯性静态变化，既可以变化惯量也可以变化负载，负载控制系统能够满足多种复杂负载的情况，能够简要的模拟关节运动状况。
An experimental device for simulating joint variable load variable inertia of industrial robot
【技术实现步骤摘要】
一种模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置
本技术涉及关节伺服控制系统测试领域，涉及变负载变惯量的实验装置领域，更具体的说，尤其涉及一种模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置。
技术介绍
目前直接在工业机器人关节上进行伺服电机控制算法的实验需要攻克诸多技术难点，对于个体研究工业机器人机械部分造价昂贵，因此研究多局限于软件仿真阶段，半仿真阶段。为了有效的实验来对控制算法进行评价，模拟机器人关节工况是关节，主要是一个变负载和变惯量的过程。现有的负载模拟装置一般采用的加载方式为机械加载、电磁加载和电机加载、惯量模拟加载装置等。机械加载主要优点是工作可靠，结构简单，缺点是不能实现连续变化的载荷谱，且不能在运转中加载或调整载荷，且拆装不方便。电机加载设备目前主要采用直流电机或力矩电机，直流电机作为加载元件存在电枢电流大，功率损失大，由于换向器的存在，对提供“正、反转的力矩”不便。惯量模拟加载装置多采用惯量盘等，通过调节惯量盘尺寸和质量实现改变惯量的目的，因惯量盘安装同轴度等问题，造成一定的实验难度。针对上述加载和变惯量的方式存在的问题，设计了通过改变质量滑块的相对位置来改变惯量，无需考虑同轴度问题，同时使用磁滞测功机，来实现连续变化的负载。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有负载模拟装置，变惯量过程拆装困难，负载变化不具实时性和同一装置同时不具备变负载和变惯量功能等缺陷，提出了一种能够模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置，能够综合惯性静态变化，负载加载实时变化，简要模拟工业机器人关节运动工况。本技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置，包括工作台面、输入伺服电机、行星齿轮减速器、第一联轴器、动态扭矩传感器、第二联轴器、角度传感器、双轴承座、变惯量杆臂、第三联轴器、转轴、质量滑块、定位螺栓、磁滞测功机、第一支撑底座、第二支撑底座和第三支撑底座，所述输入伺服电机和行星齿轮减速器均固定在第三支撑底座上，输入伺服电机的输出轴依次连接沿一条直线依次分布的行星齿轮减速器、第一联轴器、动态扭矩传感器、第二联轴器、角度传感器、转轴、第三联轴器和磁滞测功机，所述动态扭矩传感器固定在所述第二支撑底座上，所述转轴通过双轴承座支撑，双轴承座固定在第一支撑底座上；所述第一支撑底座、第二支撑底座和第三支撑底座均固定在工作台面上；所述变惯量杆臂的一端通过键固定安装在转轴上，变惯量杆臂的轴心线与转轴的轴心线相互垂直，变惯量杆臂上均布有至少三道沿着轴心线方向均匀分布的环形定位槽，质量滑块套装在变惯量杆臂上，所述质量滑块上设置有定位螺孔，定位螺栓穿过质量滑块通过定位螺栓的前端伸入到变惯量杆臂的环形定位槽底部实现质量滑块与变惯量杆臂的位置固定。进一步的，所述输入伺服电机的输出轴、行星齿轮减速器、第一联轴器、动态扭矩传感器、第二联轴器、角度传感器、转轴、第三联轴器和磁滞测功机的轴心线位于同一条直线上。进一步的，所述工作台面上设置有条形槽，条形槽位于变惯量杆臂的正下方，条形槽的长度大于变惯量杆臂长度的二倍，条形槽的宽度大于质量滑块的直径。变惯量杆臂带着质量滑块转动时可以自由从条形槽中穿过。进一步的，所述环形定位槽设置有五道，五道环形定位槽沿着变惯量杆臂的轴向等距离分布。进一步的，所述输入伺服电机为永磁同步电机。进一步的，所述第一联轴器、第二联轴器和第三联轴器均为弹性联轴器。进一步的，所述转轴为多段阶梯轴，包括依次连接的第一直线段、第二直线段、第三直线段、第四台阶段和第五直线段，第一直线段、第二直线段、第三直线段和第四台阶段的直径逐渐增大，所述第一直线段、第三直线段和第五直线段上设置有键槽，所述第二直线段靠近第一直线段的一端设置有传感器定位槽，所述转轴的第一直线段与第二联轴器通过键连接，所述转轴的第五直线段与第三联轴器通过键连接，所述变惯量杆臂的一端设置有与转轴的第三直线段外径间隙配合的套筒，变惯量杆臂的套筒与转轴的第三直线段通过键固定连接；所述转轴的第二直线段通过轴承支撑在双轴承座上，变惯量杆臂的左右两端分别通过转轴的第四台阶段和双轴承座的轴承进行定位；所述角度传感器为中空盘形角位移传感器，角度传感器的外部固定座固定在双轴承座上，角度传感器的转动端套装在转轴的第二直线段设置有传感器定位槽的一端，角度传感器的转动端通过转轴上的传感器定位槽进行固定及定位。角度传感器内部的转动端随着转轴的转动跟随转动。本技术的具体工作原理如下：本技术主要用来模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验，即对用于模拟工业机器人关节的变惯量杆臂做到既能变惯量又能变负载的功能，通过控制系统控制输入伺服电机输出扭矩，将扭矩传递到减速器上进行增扭，最终带动转轴和外加负载的变惯量杆臂的运动，外加负载通过磁滞测功机实现，磁滞测功机通过输入与输入伺服电机同向或反向的负载加载到变惯量杆臂上，实现模拟变惯量杆臂的负载变化功能。变惯量杆臂的惯量变化则通过质量滑块实现，变惯量杆臂上设置有轴向的多圈环形定位槽，质量滑块通过定位螺栓固定在不同的环形定位槽上，利用改变质量滑块距离旋转中心的距离，改变质量滑块运动时的转动半径，进而改变变惯量杆臂整体的转动惯量。角度传感器检测转动角度，利用角度传感器获得的未知信号反馈到控制系统中，通过闭环控制输入伺服电机的输出，实现对变惯量杆臂的位置的精确控制。动态扭矩传感器财采集扭矩信号，并利用扭矩传感器获取的扭矩反馈磁滞测功机，保证变惯量杆臂的负载的精确控制。在进行实现时，可能用到多种不同的控制算法，当控制算法不变时，通过改变变惯量杆臂的惯量和负责，测得多组其位置信号随时间变化的曲线图；若是控制算法需要发生改变，则保持惯量和负载不变改变控制算法，继续试验测得多组位置信号随时间变化的曲线图，通过对多种控制算法得出的结果进行分析和比较，多次实验后完成对控制算法的实验和研究。本技术还运用到了常规的伺服控制系统、电机驱动器和测功机驱动器，伺服控制系统对电机驱动器和测功机驱动器进行控制，电机驱动器控制输入伺服电机的运动，测功机驱动器驱动磁滞测功机的运动。本技术的有益效果在于：1、本技术综合了惯性静态变化，既可以变化惯量也可以变化负载，负载控制系统能够满足多种复杂负载的情况，能够简要的模拟关节运动状况。2、本技术通过测量被控对象的扭矩、角度等信号，能够测试伺服系统在不同负载工况下的静动态性能，能够构成位置或力的控制闭环系统，可以用来研究关节伺服系统控制算法性能。3、本技术采用变惯量杆臂设置环形定位槽，利用质量滑块安装的位置不同来实现转动惯量的改变，通过改变质量滑块与旋转轴心线的距离，利用J＝mr2改变转动半径r的大小实现转动惯量的改变，惯量变化的操作简单，安装方便，调节容易，便于实验过程的进行。4、本技术采用磁滞测功机输出同向或反向变化的负载的到变惯量机械臂上，实现模拟关节负载变化的功能。5、本技术利用角度传感器检测转动角度，利用角度传感器获得的未知信号反馈到控制系统中，通过闭本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置，其特征在于：包括工作台面(17)、输入伺服电机(1)、行星齿轮减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、第二联轴器(5)、角度传感器(6)、双轴承座(7)、变惯量杆臂(9)、第三联轴器(12)、转轴(11)、质量滑块(8)、定位螺栓(10)、磁滞测功机(13)、第一支撑底座(14)、第二支撑底座(15)和第三支撑底座(16)，所述输入伺服电机(1)和行星齿轮减速器(2)均固定在第三支撑底座(16)上，输入伺服电机(1)的输出轴依次连接沿一条直线依次分布的行星齿轮减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、第二联轴器(5)、角度传感器(6)、转轴(11)、第三联轴器(12)和磁滞测功机(13)，所述动态扭矩传感器(4)固定在所述第二支撑底座(15)上，所述转轴(11)通过双轴承座(7)支撑，双轴承座(7)固定在第一支撑底座(14)上；所述第一支撑底座(14)、第二支撑底座(15)和第三支撑底座(16)均固定在工作台面(17)上；所述变惯量杆臂(9)的一端通过键固定安装在转轴(11)上，变惯量杆臂(9)的轴心线与转轴(11)的轴心线相互垂直，变惯量杆臂(9)上均布有至少三道沿着轴心线方向均匀分布的环形定位槽(18)，质量滑块(8)套装在变惯量杆臂(9)上，所述质量滑块(8)上设置有定位螺孔(20)，定位螺栓(10)穿过质量滑块(8)通过定位螺栓(10)的前端伸入到变惯量杆臂(9)的环形定位槽(18)底部实现质量滑块(8)与变惯量杆臂(9)的位置固定。/n...
【技术特征摘要】
1.一种模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置，其特征在于：包括工作台面(17)、输入伺服电机(1)、行星齿轮减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、第二联轴器(5)、角度传感器(6)、双轴承座(7)、变惯量杆臂(9)、第三联轴器(12)、转轴(11)、质量滑块(8)、定位螺栓(10)、磁滞测功机(13)、第一支撑底座(14)、第二支撑底座(15)和第三支撑底座(16)，所述输入伺服电机(1)和行星齿轮减速器(2)均固定在第三支撑底座(16)上，输入伺服电机(1)的输出轴依次连接沿一条直线依次分布的行星齿轮减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、第二联轴器(5)、角度传感器(6)、转轴(11)、第三联轴器(12)和磁滞测功机(13)，所述动态扭矩传感器(4)固定在所述第二支撑底座(15)上，所述转轴(11)通过双轴承座(7)支撑，双轴承座(7)固定在第一支撑底座(14)上；所述第一支撑底座(14)、第二支撑底座(15)和第三支撑底座(16)均固定在工作台面(17)上；所述变惯量杆臂(9)的一端通过键固定安装在转轴(11)上，变惯量杆臂(9)的轴心线与转轴(11)的轴心线相互垂直，变惯量杆臂(9)上均布有至少三道沿着轴心线方向均匀分布的环形定位槽(18)，质量滑块(8)套装在变惯量杆臂(9)上，所述质量滑块(8)上设置有定位螺孔(20)，定位螺栓(10)穿过质量滑块(8)通过定位螺栓(10)的前端伸入到变惯量杆臂(9)的环形定位槽(18)底部实现质量滑块(8)与变惯量杆臂(9)的位置固定。
2.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置，其特征在于：所述输入伺服电机(1)的输出轴、行星齿轮减速器(2)、第一联轴器(3)、动态扭矩传感器(4)、第二联轴器(5)、角度传感器(6)、转轴(11)、第三联轴器(12)和磁滞测功机(13)的轴心线位于同一条直线上。
3.根据权利要求1所述的一种模拟工业机器人关节变负载变惯量的实验装置，其特征在于：所述工作台面(17)上设置有条形槽，条形槽位于变惯量杆臂(9)的正下方，条...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜伟，裘锦霄，郑颖，朱刚，王晨，季行健，裘信国，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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