[发明专利]工业机器人伺服系统的复杂工况综合性测试方法与装置

权利要求书

1.工业机器人伺服系统的复杂工况综合性测试方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一、工业机器人伺服系统服役性能空载基准测试：

1.1将底座一固定在安装底板顶面，动态扭矩传感器通过底座一固定在安装底板上；动态扭矩传感器的信号输出线通过单路信号转换模块与数据采集仪连接；伺服驱动器一和可编程控制器一设置在安装底板上；伺服驱动器一与可编程控制器一电连接，且伺服驱动器一的串行通讯端口与上位机通用串行总线接口连接；

1.2待测试的工业机器人用伺服电机与底座一固定，工业机器人用伺服电机的输出轴水平设置；将工业机器人用伺服电机与动态扭矩传感器的输入轴通过联轴器一连接；对工业机器人伺服系统通电，工业机器人伺服系统包括可编程控制器一、伺服驱动器一和工业机器人用伺服电机；上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一控制工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，连续测试24小时；

1.3记录24小时中最后20秒的工况数据，进行工况数据采集与处理，若24小时中最后20秒内工业机器人用伺服电机的输出扭矩波动率、输出电流波动率和最终转速波动率有一个大于出厂标定值，则表示该工业机器人伺服系统不能满足测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，更换新的工业机器人用伺服电机回到步骤1.2，否则，记录24小时中最后20秒内工业机器人用输出扭矩均值、最终转速均值、输出扭矩标准差、最终转速标准差和工业机器人用伺服电机的效率，作为工业机器人伺服系统的空载测试基准值，并执行下一步；

步骤二、工业机器人伺服系统服役性能非振动负载基准测试：

2.1对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，阶梯轴一上固定齿轮一；阶梯轴一另一端穿过振动圆盘，并与振动圆盘固定；气电一体旋转接头的动子固定在振动圆盘上，并与振动圆盘同轴设置，气电一体旋转接头的静子固定底座四上；两块音圈电机安装板对称设置在气电一体旋转接头两侧，且与振动圆盘开设的两个长条形调节槽分别通过螺栓固定连接；音圈电机一和音圈电机二与两块音圈电机安装板分别固定，保证音圈电机一和音圈电机二关于振动圆盘中心对称；音圈电机一和音圈电机二的信号控制线均与气电一体旋转接头的动子电连接，气电一体旋转接头的定子与底座四固定；底座四内设有音圈电机驱动器，音圈电机驱动器与可编程控制器二电连接，通过上位机界面控制可编程控制器二，可编程控制器二控制音圈电机一和音圈电机二的振动；

2.2对工业机器人伺服系统通电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一控制工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，转动时间为2h，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，每隔20min连续记录20s工况数据，并进行工况数据采集与处理，然后进行第一种服役性能评测，评测时阈值的参考值是工业机器人伺服系统的空载测试基准值；

2.3若某一次评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足非振动负载测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，拆下联轴器三，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；否则将2h内最后20s的工况数据采集与处理过程中工业机器人用伺服电机的输出扭矩均值、最终转速均值、输出扭矩标准差、最终转速标准差和效率作为工业机器人伺服系统的非振动负载测试基准值，并直接执行步骤三；

步骤三、工业机器人伺服系统服役性能低频振动负载基准测试：

3.1打开音圈电机一和音圈电机二的电源，通过上位机界面调节音圈电机一和音圈电机二的运动周期，使得音圈电机一和音圈电机二所驱动的质量块直线往复振动频率依次均为10HZ、20HZ、30HZ、40HZ和50HZ，进行五组测试；每组测试时，上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一控制工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，转动时间为2h，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，每隔20min连续记录20s工况数据，并进行工况数据采集与处理，然后进行第一种服役性能评测，评测时阈值的参考值是工业机器人伺服系统的非振动负载测试基准值；

3.2若某一次评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足低频振动负载测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；否则将最后一组测试的2h内最后20s的工况数据采集与处理过程中工业机器人用伺服电机的输出扭矩均值、最终转速均值、输出扭矩标准差、最终转速标准差和效率作为工业机器人伺服系统的低频振动负载测试基准值，并直接执行步骤四；

步骤四、工业机器人伺服系统服役性能高频振动负载基准测试：

4.1通过上位机界面调节音圈电机一和音圈电机二的运动周期，使音圈电机一和音圈电机二所驱动的质量块直线往复振动频率依次为100Hz、200Hz、300Hz、400Hz和500Hz，进行五组测试；每组测试时，上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一控制工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，转动时间为2h，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，每隔20min连续记录20s工况数据，并进行工况数据采集与处理，然后进行第一种服役性能评测，评测时阈值的参考值是工业机器人伺服系统的低频振动负载测试基准值；

4.2若某一次评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足高频振动负载测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；否则将最后一组测试的2h内最后20s的工况数据采集与处理过程中工业机器人用伺服电机的输出扭矩均值、最终转速均值、输出扭矩标准差、最终转速标准差和效率作为工业机器人伺服系统的高频振动负载测试基准值，并直接执行步骤五；

步骤五、工业机器人伺服系统服役性能交变振动负载基准测试：

5.1上位机界面调节音圈电机一和音圈电机二的运动周期，使音圈电机一和音圈电机二所驱动的质量块直线往复振动频率在10HZ-300HZ之间变化，变化速度为10HZ/min；上位机界面控制音圈电机一和音圈电机二开始扫频振动；同时上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一控制工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，转动时间为2h，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，每隔20min连续记录20s工况数据，并进行工况数据采集与处理，然后以工业机器人伺服系统的低频振动负载测试基准值为评测时阈值的参考值进行一次第一种服役性能评测，再以工业机器人伺服系统的高频振动负载测试基准值为评测时阈值的参考值进行一次第一种服役性能评测；

5.2若某一次评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足交变振动负载测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；否则将2h内最后20s的工况数据采集与处理过程中工业机器人用伺服电机的输出扭矩均值、最终转速均值、输出扭矩标准差、最终转速标准差和效率作为工业机器人伺服系统的交变振动负载测试基准值，并直接执行下一步；

步骤六、工业机器人伺服系统服役性能变负载惯量和负载扭矩测试：

6.1对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源；根据振动圆盘两个长条形调节槽边沿的固定标尺，调节两块音圈电机安装板在振动圆盘的长条形调节槽中的固定位置，从而改变音圈电机一和音圈电机二的质心距振动圆盘中心的距离L₁和L₂；调节后，音圈电机一和音圈电机二仍关于振动圆盘中心对称；每次执行步骤6.1，音圈电机安装板在振动圆盘的长条形调节槽中的固定位置各不相同；

计算工业机器人用伺服电机所受负载惯量J_L为：

式(1)中，M₁为音圈电机一或音圈电机二的质量，d₁为音圈电机的机身长度；

音圈电机安装板在不同位置对应的工业机器人用伺服电机负载扭矩T_L直接通过动态扭矩传感器测量；

6.2若步骤6.1重复次数达到五次，则执行步骤七，否则跳到步骤2.2，直到执行完步骤五后，进行第二种服役性能评测，若评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足变负载惯量和负载扭矩测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；

步骤七、模拟工业机器人伺服系统轴端多自由度冲击载荷测试：

7.1对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源；通过调节两块音圈电机安装板在振动圆盘的长条形调节槽中的固定位置，从而将音圈电机一和音圈电机二的质心距振动圆盘中心的距离调节至最远，且音圈电机一和音圈电机二所驱动的质量块运动方向为振动圆盘的切向方向；对工业机器人伺服系统通电，打开音圈电机一和音圈电机二的电源，上位机界面分别调节音圈电机一和音圈电机二的频率和振幅，使音圈电机一和音圈电机二的频率和振幅均不同且均随机变化；同时，上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一设置工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，转动时间为2h，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，每隔20min连续记录20s工况数据，并进行工况数据采集与处理，然后进行第二种服役性能评测；

7.2若某一次评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足轴端多自由度冲击载荷测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；否则直接执行步骤7.3；

7.3对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源；通过调节两块音圈电机安装板在振动圆盘的长条形调节槽中的固定方向，使音圈电机一和音圈电机二所驱动的质量块运动方向为振动圆盘的径向方向；对工业机器人伺服系统通电，打开音圈电机一和音圈电机二的电源，上位机界面分别调节音圈电机一和音圈电机二的频率和振幅，使音圈电机一和音圈电机二的频率和振幅均不同且均随机变化；同时，上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一设置工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，转动时间为2h，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，每隔20min连续记录20s工况数据，并进行工况数据采集与处理，然后进行第二种服役性能评测；

7.4若某一次评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足轴端多自由度冲击载荷要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；否则直接执行步骤7.5；

7.5对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源；通过调节两块音圈电机安装板在振动圆盘的长条形调节槽中的固定位置，使得音圈电机一和音圈电机二关于振动圆盘中心不对称；然后对工业机器人伺服系统通电，打开音圈电机一和音圈电机二的电源；通过上位机界面设置音圈电机一和音圈电机二的五组运动变化规律，进行五组测试；每组测试时，音圈电机一和音圈电机二的运动按照变化规律变化，同时，上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一设置工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，转动时间为2h，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，每隔20min连续记录20s工况数据，并进行工况数据采集与处理，然后进行第二种服役性能评测；

7.6若某一次评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足轴端多自由度冲击载荷测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；否则直接执行下一步；

步骤八、模拟工业机器人非优化运动路径中伺服电机急转急停测试：

8.1对工业机器人伺服系统断电；上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一设置工业机器人用伺服电机的加减速时间分别为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间的0.1倍、0.25倍、0.5倍和0.75倍，分别回到步骤2.2执行，直到执行完步骤五后，进行第二种服役性能评测，若评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足工业机器人非优化运动路径中伺服电机急转急停测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；

8.2对工业机器人伺服系统断电；上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器一设置工业机器人用伺服电机的加速时间分别为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间的0.1倍、0.25倍、0.5倍和0.75倍，但减速时间为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间的0.1倍、0.25倍、0.5倍和0.75倍中的一个值并与加速时间取值不同，分别回到步骤2.2执行，直到执行完步骤五后，进行第二种服役性能评测，若评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足工业机器人非优化运动路径中伺服电机急转急停测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2；

步骤九、工业机器人伺服系统超速测试：

9.1对工业机器人伺服系统断电，底座二固定在安装底板顶面；加速检测伺服电机固定在底座二上；齿轮二与齿轮一啮合，齿轮一与齿轮二的传动比为i＝Z₂/Z₁＝2；

9.2齿轮二与加速检测伺服电机的输出轴通过联轴器二连接；对工业机器人伺服系统通电；上位机控制可编程控制器一，可编程控制器一通过伺服驱动器二设定加速检测伺服电机的转速，使得工业机器人用伺服电机对应的转速为额定转速的两倍；回到步骤2.2执行，直到执行完步骤五后，进行第二种服役性能评测；

9.3若评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足超速测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，断开齿轮二与联轴器二的连接，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2，直到执行完步骤八后，跳过步骤9.1，直接跳到步骤9.2执行；

9.4可编程控制器一通过伺服驱动器一控制工业机器人用伺服电机按额定转速周期性正反转，其中正转、反转的加减速时间均为工业机器人用伺服电机的额定加减速时间，连续运转96小时；剩下最后一个小时时，每隔20min连续记录20s工况数据，并进行工况数据采集与处理，然后进行第二种服役性能评测；

9.5若评测结果表明所测工业机器人伺服系统不满足超速测试要求，则对工业机器人伺服系统断电，并关闭音圈电机一和音圈电机二的电源，断开齿轮二与联轴器二的连接，更换新的工业机器人用伺服电机重复一次步骤1.2和步骤1.3，然后对工业机器人伺服系统断电，将动态扭矩传感器的输出轴与阶梯轴一一端通过联轴器三连接，接着跳到步骤2.2，直到执行完步骤八后，跳过步骤9.1，直接跳到步骤9.2执行。