专利名称：负载模拟测试设备、负载模拟测试方法和控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种负载模拟测试设备及负载模拟测试方法。
背景技术：
在当代社会中，电机的应用范围越来越广，由电机作为驱动源的机械设备比比皆是，比如采用电气驱动的工业机器人。这类工业机器人利用电机直接或通过机械传动装置来驱动执行机构进行工作，其所用能源简单，执行机构的工作速度变化范围大、效率高、且定位精度高，具有使用方便、噪声低和操作灵活的特点，因而在市场上占据了主导地位。这种由电气驱动的工业机器人，由电机和电机驱动器组成的驱动机构的特性很大程度上决定了工业机器人的操作速度和操作位置精度等工作性能。驱动机构的特性可通过调节其控制参数来进行调整，但同时驱动机构的特性又与其所带负载特性有关。即，在不同的负载特性下，驱动机构需选择不同的控制参数才能获得比较好的特性。因此，为使工业机器人获得较好的控制性能，需要对工业机器人驱动机构控制参数进行反复调试。常规调试方法是将驱动机构安装到机器人的机械本体上，然后调节电机驱动器的控制参数，直到性能满意为止。本发明人在研究中发现，这种方法一旦控制参数选择不合适，将很可能会对工业机器人的机械本体造成冲击和损伤。现有一种技术是通过使用负载模拟测试台来进行参数调试。请参阅图1，图1是现有技术的负载模拟测试台的结构示意图。所述负载模拟测试台由电机、待调试电机驱动器、 传感器、制动器、控制器等构成。所述电机、传感器、制动器依次连接设置，所述控制器与所述传感器连接用于接收所述传感器的感测信号，所述控制器与所述制动器连接用于控制所述制动器工作，所述电机与所述待调试电机驱动器连接。这种测试台中，所述控制器通过对所述制动器进行控制来调节其输出制动力矩的大小，从而模拟不同力矩的负载，对应调节待调试电机驱动器的参数来实现对所述电机的驱动。但是，由于工业机器人需要在三维空间中完成复杂的运动控制，因而被设计成多轴结构。随着工业机器人运动姿态的变化，每一单轴的转动惯量和力矩将发生很大变化，即工业机器人负载具有变转动惯量特性。同时，由于工业机器人每个轴的功能定位不同，不同轴的转动惯量和力矩变化范围不相同的，即工业机器人的实际负载具有多轴异性。因此， 这种设计的负载模拟测试台的转动惯量是固定不变的，只能模拟机器人某一个轴的负载特性，而不能模拟机器人多轴负载特性，另外，本发明人在研究中也发现，这种设计的负载模拟测试台中，所述电机对所述制动器进行驱动时，所述电机需要使用较大功率进行驱动，使用不便，对于小功率电机兼容性不好。现有的另一种技术是在传感器后设置一减速器，该专利的方案中通过设置在传动轴中部的减速器调节待测电机作用到负载模拟装置的转速比，增大扭矩，使得待测电机可以驱动制动器进行测是，但是，本发明人在研究中也发现，这种设计的方案在对机器人的各个的电机进行测试时，为了适应不同的电机，需要更换减速器，而减速器设置在传动轴中部，每次拆装十分不便。

发明内容
本发明实施例主要解决的技术问题提供负载模拟测试设备、负载模拟测试方法和控制装置，在连续对多个电机进行测试时，大大提高测试效率。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种负载模拟测试设备，所述负载模拟测试设备包括负载调节装置和及控制装置，所述负载调节装置包括用于连接待测电机输出轴的传动轴；所述控制装置连接所述负载调节装置，所述控制装置控制所述负载调节装置进行负载调节；所述负载模拟测试设备还包括第一变速装置，所述第一变速装置设置在所述负载调节装置传动轴连接待测电机输出轴一端，用于改变所述待测电机输出轴与负载调节装置传动轴之间的转速比。作为所述负载模拟测试设备的进一步改进，所述负载模拟测试设备还包括传感装置，所述传感装置用于感测所述传动轴的运动状态信息，所述控制装置还与传感装置连接， 用于接收传感装置的反馈的感测信号。作为所述负载模拟测试设备的进一步改进，所述第一变速装置为多档可调变速装置。作为所述负载模拟测试设备的进一步改进，所述传动轴包括分离的第一传动单元和第二传动单元，所述传感器用于感测所述第一传动单元上的运动状态信息，所述第一传动单元和第二传动单元之间设置第二变速装置，用于改变所述第一传动单元与第二传动单元之间的转速比。作为所述负载模拟测试设备的进一步改进，所述第二变速装置为减速器。作为所述负载模拟测试设备的进一步改进，所述负载调节装置包括用于调节所述第二传动单元的转动力矩的制动器单元，所述控制装置与所述制动器单元连接并对应控制所述制动器单元工作。作为所述负载模拟测试设备的进一步改进，所述负载调节装置还包括调节所述第二传动单元的惯量调节单元，所述控制装置与所述惯量调节单元连接并对应控制所述惯量调节单元工作。本发明还提供一种负载模拟测试方法，其包括如下步骤将待测电机输出轴通过变速装置与负载调节装置的传动轴连接；通过控制装置控制所述负载调节装置对所述待测电机进行测试；对另一待测电机进行测试时，在所述变速装置不满足要求时，更换变速装置后开始测试。作为负载模拟测试方法的进一步改进，控制装置控制所述负载调节装置对所述待测电机进行测试的过程包括步骤根据待测电机的参数和待测电机的运行环境设置制动器的制动力矩和惯量调节单元的转动惯量；然后启动电源开始对待测电机进行的测试，测试过程中控制装置接收与传动轴连接的传感器的感测信号，并根据所述感测信号生成测试结果；
当测试结果显示待测电机不满足要求时，则停止测试，重新设置当前测试电机的驱动参数或者更换待测电机，再开始测试，直到得到与所述负载调节装置匹配的待测电机的驱动参数。本发明还提供一种负载模拟测试控制装置，其包括第一控制单元，用于输出信号以改变待测电机输出轴与负载调节装置传动轴之间的转速比；信号接收单元，用于接收感测到的负载调节装置传动轴在所述转速比下的转动状态参数；第二控制单元，用于输出信号以控制负载调节装置进行负载调节。区别于现有技术，本发明实施例负载测试设备通过在所述待测电机的输出轴与所述负载调节装置传动轴之间设置所述第一变速装置，所核述变速装置设置在负载调节装置传动轴与待测电机输出轴连接的一端，在对不同的待测电机的输出轴进行测试时，换装方便，测试效率高，所述测试装置在不需要更换负载前提下，通过控制就能对待测电机进行模拟多轴负载条件下的负载模拟测试，极大方便对多轴机器人的不同轴进行连续的测试，同时所述第一减速装置直接连接待测电机，模拟机器人手臂在运动过程中的实际状况，使得测试结果更加准确可靠。


图1是现有技术的负载模拟测试台的结构示意图；图2是本发明实施例一负载模拟测试设备的结构示意图；图3是本发明实施例二负载模拟测试设备的结构示意图；图4是本发明实施例负载模拟测试方法的流程图；图5是本发明实施例负载模拟测试控制装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明实施例进行详细说明。参阅图2，是本发明实施例一负载模拟测试设备的结构示意图。本实施例的负载模拟测试设备，其包括负载调节装置15和及控制装置17，所述负载调节装置15包括用于连接待测电机输出轴的传动轴151 ；所述控制装置17连接所述负载调节装置15，所述控制装置17控制所述负载调节装置15进行负载调节；所述负载模拟测试设备还包括第一变速装置11，所述第一变速装置11设置在所述负载调节装置15传动轴151连接待测电机输出轴(图未示)一端，用于改变所述待测电机输出轴与负载调节装置15传动轴之间的转速比。区别于现有技术，本发明实施例负载测试设备通过在所述待测电机的输出轴与所述负载调节装置15传动轴151之间设置所述第一变速装置11，所核述变速装置11设置在负载调节装置15传动轴151与待测电机输出轴连接的一端，在对不同的待测电机输出轴进行测试时，换装方便，测试效率高，在不需要更换负载前提下，就能对待测电机进行模拟多轴负载条件下的负载模拟测试，能够扩大对待测电机的负载测试范围，极大方便对多轴机器人的不同轴进行测试。在另一实施例中，所述负载模拟测试设备还包括传感装置13，所述传感装置13用于感测传动轴151的运动状态信息，所述控制装置17与传感装置13连接用于接收传感装置13的感测信号。另一实施例中，所述第一变速装置11为多档可调变速装置。当对机器人的不同轴进行测试时，不需重新更换变速装置，只需对所述第一变速装置进行调节选择合适的转速比即可，便于对机器人的不同轴进行测试时，使用效果好。当然，所述多档可调变速装置可以为连续多档可调变速装置，也可以为非连续多档可调变速装置，主要根据实际测试需要进行设置。当然，还可以采用更换不同转速比的所述第一变速装置的方式，模拟机器人的多轴负载特性。另一实施例中，所述第一变速装置11设置为减速器。这样的设计能够实现小功率的待测电机驱动大转动惯量和大转动力矩的负载，扩大负载测试范围。再请参阅图3，其是本发明实施例二负载模拟测试设备结构示意图。本实施例中，所述负载测试设备与实施例一的大致相同，主要区别在于，所述传动轴251包括分离的第一传动单元2511和第二传动单元2513，所述传感装置23用于感测所述第一传动单元2511的转动状态信息，所述第一传动单元2511和第二传动单元2513之间设置第二变速装置19，用于改变所述第一传动单元2511与第二传动单元2513之间的转速比。可以理解，本发明实施例中，所述转动状态信息为转动力矩和转速，可以理解，所述转动状态信息还可以为其他可以用于测评转动状态的数据参数，如转动角速度等，具体的参数可以是传感器直接可以感测得到的信号或者基于传感器直接感测的信号经过加工后的数据参数，具体的参数表现形式不构成对本发明的限制。由于在所述第一传动单元2511与所述第二传动单元2513之间设置所述第二变速装置19，这样的设计可以改变所述第一传动单元2511与第二传动单元2513之间的转速比， 便于进行负载测试。另一实施例中，所述第二变速装置设置19为减速器。这样，可以实现利用小功率的待测电机来驱动大转动惯量大力矩的负载，扩大负载测试范围。另一实施例中，所述负载调节装置25包括用于调节所述第二传动单元2513的转动力矩的制动器单元253，所述控制装置27与所述制动器单元253连接并对应控制所述制动器单元253工作。这种设计，所述控制装置27根据预先设定的力矩指令控制所述制动器单元对负载进行力矩的调节。所述力矩指令根据实际的机器人轴的特性设定。这样，在进行负载模拟测试中，可以进行负载的转动力矩的调节，从而模拟机器人该轴的转动力矩负载特性。另一实施例中，所述负载调节装置25还包括调节所述第二传动单元2513的惯量调节单元255，所述控制装置27与所述惯量调节单元255连接并对应控制所述惯量调节单元255工作。所述控制装置27根据预先设定的转动惯量指令控制所述惯性量调节单元255 对负载进行惯性量的调节。所述惯性量调节指令同样根据实际的机器人轴的特性设定。这样的设计，在进行负载模拟测试中，可以进行负载的转动惯量调节，从而模拟机器人该轴的变化转动惯量负载特性。本发明实施例的所述第一变速装置21可以是固定转速比的变速装置，可以是多档可调转速比的变速装置，当然也可以是多档连续可调转速比变速装置。本实施例中，根据需要设置为多档连续可调转速比变速装置。这样，在对机器人的不同轴进行负载模拟测试时，只需对应调节所述第一变速装置21的转速比即能进行负载模拟测试。所述第一变速装置21可以是齿轮减速器，也可以是皮带轮减速器，具体可以根据需要对应选择设置。本发明实施例的所述第二变速装置19同样可以设置为转速比多档可调，转速比多档连续可调和固定转速比的变速装置。本实施例中，设置为固定转速比的变速装置即可。所述负载调节装置25包括制动器单元253，所述制动器单元253用于调节所述待测电机的转动力矩，所述控制装置27与所述制动器单元253连接并对应控制所述制动器单元邪3工作。所述负载调节装置25还包括惯量调节单元255，所述惯量调节单元255用于调节所述待测电机的转动惯量，所述控制装置27与所述惯量调节单元255连接并对应控制所述惯量调节单元255工作。所述制动器单元253和惯量调节单元255为设置在同一传动轴上的二个器件，用于对应模拟负载的转动力矩和转动惯量。本实施例的负载测试设备的工作过程是对待测电机进行测试时，所述第一变速装置对应改变所述待测电机输出轴与所述第一传动单元2511之间的转速比，使其模拟某一轴的负载以便进行此负载下的负载模拟测试。所述传感装置23对应感应所述第二传动单元2513上的速度和转动力矩等运动状态信息。所述传感装置23与所述控制装置27连接，并用于将感测到的转动状态信息发送至所述控制装置27。根据模拟负载的需要，所述控制装置27根据预先设置的控制程序，向所述制动器单元253发送力矩调节指令，所述制动器单元253对应的调节负载转动力矩。所述控制装置27根据预先设置的控制程序向惯量调节单元255发送转动惯量调节调节指令，所述惯量调节单元255对应调节负载的转动惯量。所述控制装置27向所述制动器单元253发送的力矩调节指令和向所述惯量调节单元255发送的惯量调节指令根据所述机器人的实际轴的特性预先设定。在所述控制装置27控制所述负载调节装置25对应调节负载的转动力矩和转动惯量时，所述待测电机对应驱动不同的负载工作，对待调试电机驱动器控制参数进行调整，以便测试得出对应不同负载下的待测电机驱动器使机器人获得较好控制性能的控制参数。即，在不同的负载特性下，待测电机驱动器选择不同的控制参数才能使机器人获得比较好的控制特性。因此，为使机器人获得较好的控制性能，需要对工业机器人驱动机构控制参数进行反复调试。而采用本发明实施的负载模拟测试设备对机器人的负载进行模拟测试时，能使工业机器人获得较好的控制性能，但不会对机器人的机械本体造成冲击和损伤。本实施例通过完全模拟工业机器人实际负载的方法，在待测电机安装到机械本体之前先对其控制参数进行调节，待控制性能满意后再将待测电机安装到机械本体上，从而避免对整个工业机器人机械本体的冲击和损伤。相较于现有技术，本实施例的负载测试设备中，通过设置所述第一变速装置21用于改变所述输出轴与所述第一传动单元2511的转速比，能够模拟工业机器人负载的多轴异性，比如模拟实现以较小功率的待测电机驱动较大功率的负载情况，同时，可以通过改变转速比模拟测试多轴机器人，对其不同轴进行负载模拟测试。所述第二变速装置四通过改变所述第一传动单元2511和所述第二传动单元2513的转速比，实现利用较小功率的电机来驱动大转动惯量和大转动力矩的负载。本实施例中，当需要模拟机器人另一单轴的负载特性时，只需将待测电机和待调试电机驱动器更换为对应轴的电机和待调试电机驱动器，改变所述第一变速装置21的转速比，同时改变由所述制动器单元253和惯量调节单元255对应模拟的转动力矩大小和转动惯量大小，从而模拟机器人该轴的负载特性。类似的，通过不断选择具有合适转速比的第一变速装置，可模拟工业机器人每一单轴的负载特性。因此，本实施例的所述负载测试设备具有不需更换负载即能够模拟多轴机器人而对其不同轴进行测试，测试方便，且测试负载范围广的优点。请参阅图4，其是本发明实施例负载模拟测试方法的流程图。所述负载模拟测试方法包括如下步骤Sl 将待测电机输出轴通过变速装置与负载调节装置的传动轴连接；在对待测电机进行测试时，将变速装置安装到负载调节装置的传动轴上，然后将待测电机的输出轴通过所述变速装置与传动轴对应连接，所述变速装置用于改变所述待测电机与负载调节装置传动轴的转速比。S2 通过控制装置控制所述负载调节装置对所述待测电机进行测试；对另一待测电机进行测试时，在所述变速装置不满足要求时，更换变速装置后开始测试。S3:对另一待测电机进行测试时，在当前变速装置不满足要求时，更换变速装置后开始测试。在对一个待测试电机的输出轴测试完成后，可以进行下一待测电机的测试，如果当前变速装置满足测试要求，直接将待测电机更换即可，如果当前变速装置不满足测试要求，则可通过更换变速装置后再安装待测电机进行测试。所述步骤S2控制装置控制所述负载调节装置对所述待测电机进行测试的过程具体可以包括步骤根据待测电机的参数和待测电机的运行环境设置制动器的制动力矩和惯量调节单元的转动惯量；然后启动电源开始对待测电机进行的测试，测试过程中控制装置接收与传动轴连接的传感器的感测信号，并根据所述感测信号生成测试结果；当测试结果显示待测电机不满足要求时，则停止测试，重新设置当前测试电机的驱动参数或者更换待测电机，再开始测试，直到得到与所述负载调节装置匹配的待测电机的驱动参数。所述驱动参数包括功率参数，转速参数等控制待测电机运动的参数，在测试时，同时设置一传感装置用于感测所述待测电机驱动下的负载调节装置的传动轴的转动状态信息，并将感测到的转动状态信息发送到控制装置进行分析。本步骤中，是通过在所述传动轴上设置一传感装置对所述传动轴进行负载的运动状态信息的感测，所述信息可以是转动力矩和速度信息。将感测到的运动状态信息通过控制装置进行分析，主要是分析当前负载下转动力矩和速度信息。通过所述控制装置控制所述负载调节装置进行负载调节。根据预先设置的程序对应驱动负载调节装置进行负载的调节，如，进行转动力矩和转动惯量的调节实现负载的模拟。本实施例中，在对待测电机进行测试时，改变待测电机输出轴与负载调节装置传动轴之间的转速比，并且在对不同的输出轴进行测试时，换装方便，测试效率高，可以实现对较小功率的电机驱动较大负载的模拟测试，扩大负载测试范围，同时，不用更换负载就能对机器人的不同轴进行负载模拟测试。因此，本实施例的负载模拟测试方法具有测试方便，测试负载范围大的优点。再请参阅图5，其是本发明实施例负载模拟测试控制装置的结构示意图。所述负载模拟测试控制装置包括第一控制单元100，用于输出信号以改变待测电机输出轴与负载调节装置传动轴之间的转速比；信号接收单元200，用于接收感测到的负载调节装置传动轴在所述转速比下的转动状态信息。第二控制单元300，用于输出信号以控制负载调节装置进行负载调节。相较于现有技术，本实施例的负载模拟测试控制装置能够改变待测电机输出轴与负载调节装置传动轴之间的转速比，能够方便对机器人的不同轴进行负载测试时，具有实现负载模拟测试操作方便，测试负载范围广的优点。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种负载模拟测试设备，其特征在于，其包括负载调节装置和及控制装置，所述负载调节装置包括用于连接待测电机输出轴的传动轴；所述控制装置连接所述负载调节装置，所述控制装置控制所述负载调节装置进行负载调节；所述负载模拟测试设备还包括第一变速装置，所述第一变速装置设置在所述负载调节装置传动轴连接待测电机输出轴一端，用于改变所述待测电机输出轴与负载调节装置传动轴之间的转速比。
2.根据权利要求1所述的负载模拟测试设备，其特征在于，所述负载模拟测试设备还包括传感装置，所述传感装置用于感测所述传动轴的运动状态信息，所述控制装置还与传感装置连接，用于接收传感装置的反馈的感测信号。
3.根据权利要求1所述的负载模拟测试设备，其特征在于，所述第一变速装置为多档可调变速装置。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的负载模拟测试设备，其特征在于，所述传动轴包括分离的第一传动单元和第二传动单元，所述传感器用于感测所述第一传动单元上的运动状态信息，所述第一传动单元和第二传动单元之间设置第二变速装置，用于改变所述第一传动单元与第二传动单元之间的转速比。
5.根据权利要求4所述的负载模拟测试设备，其特征在于，所述第二变速装置为减速ο
6.根据权利要求5所述的负载模拟测试设备，其特征在于，所述负载调节装置包括用于调节所述第二传动单元的转动力矩的制动器单元，所述控制装置与所述制动器单元连接并对应控制所述制动器单元工作。
7.根据权利要求6所述的负载模拟测试设备，其特征在于，所述负载调节装置还包括调节所述第二传动单元的惯量调节单元，所述控制装置与所述惯量调节单元连接并对应控制所述惯量调节单元工作。
8.一种负载模拟测试方法，其特征在于，其包括如下步骤 将待测电机输出轴通过变速装置与负载调节装置的传动轴连接； 通过控制装置控制所述负载调节装置对所述待测电机进行测试；对另一待测电机进行测试时，在所述变速装置不满足要求时，更换变速装置后开始测试ο
9.根据权利要求8所述的负载模拟测试方法，其特征在于，控制装置控制所述负载调节装置对所述待测电机进行测试的过程包括步骤根据待测电机的参数和待测电机的运行环境设置制动器的制动力矩和惯量调节单元的转动惯量；然后启动电源开始对待测电机进行的测试，测试过程中控制装置接收与传动轴连接的传感器的感测信号，并根据所述感测信号生成测试结果；当测试结果显示待测电机不满足要求时，则停止测试，重新设置当前测试电机的驱动参数或者更换待测电机，再开始测试，直到得到与所述负载调节装置匹配的待测电机的驱动参数。
10. 一种负载模拟测试的控制装置，其特征在于，其包括第一控制单元，用于输出信号以改变待测电机输出轴与负载调节装置传动轴之间的转速比；信号接收单元，用于接收感测到的负载调节装置传动轴在所述转速比下的转动状态参数；第二控制单元，用于输出信号以控制负载调节装置进行负载调节。
全文摘要
本发明公开负载模拟测试设备、负载模拟测试方法和控制装置，所述负载模拟测试设备包括负载调节装置和及控制装置，所述负载调节装置包括用于连接待测电机输出轴的传动轴；所述控制装置连接所述负载调节装置，所述控制装置控制所述负载调节装置进行负载调节；所述负载模拟测试设备还包括第一变速装置，所述第一变速装置设置在所述负载调节装置传动轴连接待测电机输出轴一端，用于改变所述待测电机输出轴与负载调节装置传动轴之间的转速比。本发明的负载测试设备具有能够对机器人的多轴进行测试，测试方便，测试负载范围大的优点。
文档编号G01R31/34GK102323548SQ201110141279
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者刘葵, 杨书生, 邓鹏 申请人:北京配天大富精密机械有限公司