一种轻型协作机器人柔性关节测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种轻型协作机器人柔性关节测试系统，包括显示器、工控机、耦合器、伺服驱动器、力传感器以及包括伺服电机的同步带张紧力测试装置，其中，工控机与显示器相连，工控机与耦合器相连，耦合器与伺服驱动器相连，伺服驱动器与伺服电机相连，伺服电机上的编码器将伺服电机的数据反馈给工控机，并将运算结果输出给伺服驱动器，进而伺服驱动器驱动伺服电机，伺服电机通过同步带带动张紧带轮，力传感器测量并读取不同情况下同步带张紧力，进而实现轻型协作机器人柔性关节测试系统驱动。本发明专利技术的张紧模块调节装置结构简单，操作容易，不用安装其他传感器，节省成本。直接观察显示器上数据曲线波动，清晰展现装置调节效果。

A Flexible Joint Testing System for Lightweight Cooperative Robots

【技术实现步骤摘要】
一种轻型协作机器人柔性关节测试系统
本专利技术涉及机器人检测
，特别涉及一种轻型协作机器人柔性关节测试系统。
技术介绍
随着自动化控制技术的不断进步，普通六自由度机器人已经不能满足要求，轻型协作机器人进而得到发展。由于机器人内部关节采用谐波减速器以及具有柔性较大的同步传动带系统驱动关节运动，使得关节和连杆的柔性增加，进而使得结构发生细微变形与共振，导致机器人运动精度降低。由于同步带张紧力的调节直接影响机器人的精度性能，所以保证机器人关节内部同步带张紧力对于满足机器人装配精度要求十分重要。但是由于在现有技术中，同步带传动与装配的张紧力大多采用手持式测量仪器，当工作人员进行相关操作时，手部存在些许抖动导致测量位置的变化，不能保证测量过程中需要的精度，导致同步带装配过程中，不能保证很好的精度。所以，本专利通过设计相关结构和系统，保证不同张紧力情况下对同步带进行装配与相关测试，进而得出相关数据，建立数学模型，指导后续装配。专利CN201620953905.5公开的“一种机器人皮带张紧力测量辅助工具”通过设计底座和移动导轨上的滑块来调节皮带张紧力测试器的位置，进而达到不同张紧力情况下的测试。但是由于机器人不同关节用到的同步带的型号是不一样的，这样在对不同型号同步带进行测量时，更换同步带调整不方便。专利CN201710359462.6公开的“利用机器人单轴手臂测皮带长度的装置及筛选皮带的方法”通过利用机器人单轴手臂测皮带长度的装置，来测量皮带和筛选皮带。但是由于机构繁琐，对于普通装配工人来说，操作困难，过程繁琐，不能达到多人协同测量的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，利用实际工控现场且安全可靠高速的工业控制系统，搭建一种能够进行测试和优化的轻型协作机器人中的柔性关节测试系统。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的轻型协作机器人柔性关节测试系统，包括支撑架，在所述的支撑架上安装有工控机，工控机与安装在支架中间的显示器通过VGA线相连，所述的工控机通过以太网网线与耦合器的EtherCAT信号输入接口相连，耦合器的EtherCAT信号输出接口通过以太网网线与伺服驱动器的以太网口相连；在所述的支撑架的顶部安装有柔性关节机械装置，所述的柔性关节机械装置包括固定在支撑架顶部的电机安装板，伺服电机固定在电机安装板下方，沿竖直方向设置的伺服电机的输出轴的上部穿过电机安装板设置，在所述的伺服电机的输出轴的上部固定有电机带轮，所述的伺服驱动器通过线缆与伺服电机相连，在所述的电机安装板的上方设置有一个上连接板，所述的上连接板与电机安装板平行设置，在所述的电机安装板的中间固定有一个张紧带轮安装块，在所述的张紧带轮安装块的中间开有张紧带轮轴孔，在所述的张紧带轮轴孔内的上部和下部分别安装有上固定轴承和下固定轴承，在所述的上固定轴承和下固定轴承之间安装有轴套，一根张紧带轮轴的上部安装在上固定轴承、下固定轴承以及轴套中，一个张紧带轮锁紧垫片安装在所述的上固定轴承的内圈顶壁上以及张紧带轮轴的上端面上并通过内六角螺栓与张紧带轮轴固定相连，所述的下固定轴承的内圈通过张紧带轮轴上的凸肩固定并且外圈通过安装在张紧带轮安装块内壁环槽中的孔用弹性挡圈定位，所述的张紧带轮轴的下部穿过上连接板设置并且固定有一个从动张紧带轮，所述的电机带轮通过同步带与从动张紧带轮转动相连；在所述的上连接板的左侧开有一个长圆孔，在所述的连接板的右侧开有一个圆孔，所述的长圆孔长向上的对称轴沿水平方向设置且所述的长圆孔的中心点与圆孔的圆心的连线与长圆孔长向上的对称轴垂直设置，在所述的长圆孔以及圆孔的下方的电机安装板上分别固定有一个支撑座，在每个支撑座的顶部中间分别设置有一个垫块轴，两个所述的垫块轴的顶部分别插在圆孔中以及长圆孔内设置；在所述电机安装板左前方固定有一个螺丝块，在所述螺丝块上沿水平方向螺纹连接有张紧力调节螺栓，在与螺丝块相对设置的上连接板的侧壁上安装有一个测力传感器，张紧力调节螺栓的端部对准测力传感器的端面并压紧，所述的测力传感器通过控制线与一个测力传感器控制器相连，所述的测力传感器将读取的皮带张紧力数据信号输出给测力传感器控制器；在所述的张紧力调节螺栓的压力下，上连接板能够绕右侧圆孔内的垫块轴转动使得左侧的垫块轴在长圆孔内前后移动。本专利技术的基于TwinCAT的轻型协作机器人核心关节的柔性部件的测试的实验装置与现有技术相比的有益效果是：(1)轻型协作机器人柔性关节测试系统中的张紧模块调节装置结构简单，对于普通装配工人来说，操作容易，过程简便，能够达到多人协同测量的目的。(2)本专利技术中通过TwinCAT软件读取伺服电机本身数据，不需要安装其他传感器，节省测试成本。(3)通过软件实现数据分析，将图形曲线直接显示在显示器上，通过观察曲线波动情况，清晰展现装置调节的效果。附图说明图1是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的总体结构示意图；图2是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的柔性关节结构整体示意图；图3是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的柔性关节结构整体的爆炸示意图；图4是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的柔性关节结构初始状态俯视图；图5是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的柔性关节结构张紧状态俯视图；图6是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的柔性关节结构中的上连接板示意图；图7是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的张紧带轮装配体的俯视图；图8是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的张紧带轮装配体的剖视图；图9是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的柔性关节结构中伺服电机与带轮装配体的爆炸示意图；图10是本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统的操作流程示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如附图所示，本专利技术轻型协作机器人柔性关节测试系统，包括支撑架4，在所述的支撑架4上安装有工控机2，工控机2与安装在支架中间的显示器5通过VGA线相连。所述的工控机2通过以太网网线与耦合器3的EtherCAT信号输入接口相连。耦合器3的EtherCAT信号输出接口通过以太网网线与伺服驱动器1的以太网口相连。在所述的支撑架的顶部安装有柔性关节机械装置15。所述的柔性关节机械装置15包括固定在支撑架4顶部的电机安装板30，伺服电机38固定在电机安装板30下方，沿竖直方向设置的伺服电机38的输出轴的上部穿过电机安装板30设置，在所述的伺服电机38的输出轴的上部固定有电机带轮37。所述的伺服驱动器1通过线缆与伺服电机38相连。在所述的电机安装板30的上方设置有一个上连接板27，所述的上连接板27与电机安装板30平行设置。在所述的电机安装板30的中间固定有一个张紧带轮安装块19，在所述的张紧带轮安装块19的中间开有张紧带轮轴孔，在所述的张紧带轮轴孔内的上部和下部分别安装有上固定轴承18和下固定轴承21，在所述的上固定轴承18和下固定轴承21之间安装有轴套20，一根张紧带轮轴23的上部安装在上固定轴承18、下固定轴承21以及轴套20中。一个张紧带轮锁紧垫片17安装在所述的上固定轴承18的内圈顶壁上以及张紧带轮轴23的上端面上并通过内六角螺栓16与张本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轻型协作机器人柔性关节测试系统，包括支撑架(4)，在所述的支撑架上安装有工控机(2)，其特征在于：工控机与安装在支架中间的显示器(5)通过VGA线相连，所述的工控机通过以太网网线与耦合器(3)的EtherCAT信号输入接口相连，耦合器(3)的EtherCAT信号输出接口通过以太网网线与伺服驱动器(1)的以太网口相连；在所述的支撑架的顶部安装有柔性关节机械装置(15)，所述的柔性关节机械装置包括固定在支撑架(4)顶部的电机安装板(30)，伺服电机固定在电机安装板下方，沿竖直方向设置的伺服电机的输出轴的上部穿过电机安装板设置，在所述的伺服电机的输出轴的上部固定有电机带轮(37)，所述的伺服驱动器通过线缆与伺服电机相连，在所述的电机安装板(30)的上方设置有一个上连接板(27)，所述的上连接板与电机安装板(30)平行设置，在所述的电机安装板的中间固定有一个张紧带轮安装块(19)，在所述的张紧带轮安装块的中间开有张紧带轮轴孔，在所述的张紧带轮轴孔内的上部和下部分别安装有上固定轴承(18)和下固定轴承(21)，在所述的上固定轴承和下固定轴承之间安装有轴套(20)，一根张紧带轮轴(23)的上部安装在上固定轴承、下固定轴承以及轴套(20)中，一个张紧带轮锁紧垫片(17)安装在所述的上固定轴承的内圈顶壁上以及张紧带轮轴(23)的上端面上并通过内六角螺栓(16)与张紧带轮轴固定相连，所述的下固定轴承的内圈通过张紧带轮轴上的凸肩固定并且外圈通过安装在张紧带轮安装块(19)内壁环槽中的孔用弹性挡圈(22)定位，所述的张紧带轮轴的下部穿过上连接板设置并且固定有一个从动张紧带轮(24)，所述的电机带轮(37)通过同步带(31)与从动张紧带轮转动相连；在所述的上连接板(27)的左侧开有一个长圆孔，在所述的连接板的右侧开有一个圆孔，所述的长圆孔长向上的对称轴沿水平方向设置且所述的长圆孔的中心点与圆孔的圆心的连线与长圆孔长向上的对称轴垂直设置，在所述的长圆孔以及圆孔的下方的电机安装板(30)上分别固定有一个支撑座，在每个支撑座的顶部中间分别设置有一个垫块轴(28)，两个所述的垫块轴的顶部分别插在圆孔中以及长圆孔内设置；在所述电机安装板(30)左前方固定有一个螺丝块(33)，在所述螺丝块上沿水平方向螺纹连接有张紧力调节螺栓(34)，在与螺丝块相对设置的上连接板(27)的侧壁上安装有一个测力传感器(32)，张紧力调节螺栓的端部对准测力传感器的端面并压紧，所述的测力传感器通过控制线与一个测力传感器控制器(35)相连，所述的测力传感器将读取的皮带张紧力数据信号输出给测力传感器控制器；在所述的张紧力调节螺栓的压力下，上连接板(27)能够绕右侧圆孔内的垫块轴转动使得左侧的垫块轴(28)在长圆孔内前后移动。...

【技术特征摘要】
1.轻型协作机器人柔性关节测试系统，包括支撑架(4)，在所述的支撑架上安装有工控机(2)，其特征在于：工控机与安装在支架中间的显示器(5)通过VGA线相连，所述的工控机通过以太网网线与耦合器(3)的EtherCAT信号输入接口相连，耦合器(3)的EtherCAT信号输出接口通过以太网网线与伺服驱动器(1)的以太网口相连；在所述的支撑架的顶部安装有柔性关节机械装置(15)，所述的柔性关节机械装置包括固定在支撑架(4)顶部的电机安装板(30)，伺服电机固定在电机安装板下方，沿竖直方向设置的伺服电机的输出轴的上部穿过电机安装板设置，在所述的伺服电机的输出轴的上部固定有电机带轮(37)，所述的伺服驱动器通过线缆与伺服电机相连，在所述的电机安装板(30)的上方设置有一个上连接板(27)，所述的上连接板与电机安装板(30)平行设置，在所述的电机安装板的中间固定有一个张紧带轮安装块(19)，在所述的张紧带轮安装块的中间开有张紧带轮轴孔，在所述的张紧带轮轴孔内的上部和下部分别安装有上固定轴承(18)和下固定轴承(21)，在所述的上固定轴承和下固定轴承之间安装有轴套(20)，一根张紧带轮轴(23)的上部安装在上固定轴承、下固定轴承以及轴套(20)中，一个张紧带轮锁紧垫片(17)安装在所述的上固定轴承的内圈顶壁上以及张紧带轮轴(23)的上端面上并通过内六...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪鹰，孙升才，肖聚亮，王国栋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12