機器人關(guān)節(jié)電機測試設備簡介：

 

測試針對機器人關(guān)節(jié)的力矩測試主要是利用安裝到工業(yè)控制計算機里的軟件通過IO卡控制繼電器的通斷從而控制交流接觸器將被測產(chǎn)品供電電源的輸出接通到被測產(chǎn)品輸入端，同時通過通訊使得供電電源輸出相對應的電壓讓被測產(chǎn)品上電。此時用戶工程師通過自備的軟件控制機器人關(guān)節(jié)運轉(zhuǎn)，運轉(zhuǎn)完成后工程師通過操作測試軟件控制加載控制器從而控制測功機給被測產(chǎn)品施加負載，并同時讀取電參數(shù)儀采集被測產(chǎn)品直流母線的電壓;電流;輸入功率和加載控制器采集的扭矩;轉(zhuǎn)速;輸出功率;轉(zhuǎn)向，并通過計算公式算出效率。也可以通過讀取角度傳感器的信號來測試機器人關(guān)節(jié)在不同負載下的重復定位精度。其中可以測試很多測試項目包含了效率測試(減速器)、扭轉(zhuǎn)剛度測試、背隙測試、啟停轉(zhuǎn)矩測試、空載摩擦測試、傳動精度測試等。

 

電機及驅(qū)動器測試原理

 

如下圖1所示;設備主要由工業(yè)控制計算機;功率分析儀;示波器(可選配);角度編碼器(可選配);高速DAQ等組成。功率分析儀主要用來測量電參數(shù)信號包含驅(qū)動器輸入端的電壓;電流;功率，驅(qū)動器的輸出信號電壓(UVW);電流(UVW);以及扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的扭矩;轉(zhuǎn)速信號。示波器用來測試反向電動勢(功率分析儀可以測試線反向電動勢);角度信號可以通過讀取陪測電機后面的編碼器讀取，也可以增加一個角度傳感器來讀取。增加傳感器可以提高角度測量精度(聯(lián)軸器剛性問題帶來的誤差);如果測量動態(tài)的話需要增量型的編碼器，單精度的話絕對式的精度更高。

 

 

 

關(guān)節(jié)測試原理

 

如下圖2所示;設備主要由工業(yè)控制計算機;功率分析儀;角度編碼器(可選配);高速DAQ等組成。功率分析儀主要用來測量電參數(shù)信號包含驅(qū)動器輸入端的電壓;電流;功率，驅(qū)動器的輸出信號電壓(UVW);電流(UVW);以及扭矩轉(zhuǎn)速傳感器的扭矩;轉(zhuǎn)速信號。角度信號可以角度編碼器配合解碼器來讀取，如果測量動態(tài)的話需要增量型的編碼器，單精度的話絕對式的精度更高。

 

 

測試項目

 

負載測試：

 

功能介紹：電機驅(qū)動系統(tǒng)帶動實際的負載運行時其受到的力矩不是恒定不變的，為了測試這種情況，給被測電機加載扭矩來模擬現(xiàn)場工況。

測試目的：試驗的目的是確定電機在不同負載的情況下，電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、輸出功率、功率因素、效率等參數(shù)是否在設計范圍內(nèi)。

測試方法：利用測功機給電機加載來測取其轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)并聯(lián)合電量參數(shù)進行測試。

 

轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性

 

轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線是通過工控機軟件自動測試且描繪出響應的曲線，驅(qū)動電機、驅(qū)動器、系統(tǒng)效率的測量主要依賴于高精度功率分析儀以及測功機，通過工控機軟件自動測量且會以報表的形式自動給出。具體的測量方法以及標準如下所示：

 

全程自動測試

 

測試目的：描繪出電機工作區(qū)間的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩關(guān)系特性曲線。

測試方法：使用測功機作為被測電機的負載且使被測電機處于熱工作狀態(tài)，被測驅(qū)動電機控制器的直流母線工作電壓為額定電壓，設定最大工作電流。實驗時測功機軟件根據(jù)設定的轉(zhuǎn)速上下限及下降速度，調(diào)節(jié)最佳PID數(shù)值，在設定轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)全程自動加載繪制成特性曲線。

 

 

定轉(zhuǎn)速或定扭矩測試

 

測試目的：指定若干個轉(zhuǎn)速點或扭矩點進行加載控制，觀察電機在指定工況下的性能指標。

測試方法：使用測功機作為被測電機的負載且使被測電機處于熱工作狀態(tài)，被測驅(qū)動電機控制器的直流母線工作電壓為額定電壓，設定最大工作電流。實驗時測功機軟件根據(jù)設定的轉(zhuǎn)速點或扭矩點加載，調(diào)節(jié)最佳PID數(shù)值，根據(jù)用戶設定的加載步驟自動加載繪制成特性曲線。

 

定轉(zhuǎn)速或定扭矩測試

 

測試目的：指定若干個轉(zhuǎn)速點或扭矩點進行加載控制，觀察電機在指定工況下的性能指標。

測試方法：使用測功機作為被測電機的負載且使被測電機處于熱工作狀態(tài)，被測驅(qū)動電機控制器的直流母線工作電壓為額定電壓，設定最大工作電流。實驗時測功機軟件根據(jù)設定的轉(zhuǎn)速點或扭矩點加載，調(diào)節(jié)最佳PID數(shù)值，根據(jù)用戶設定的加載步驟自動加載繪制成特性曲線。

 

手動加載測試

 

手動加載大幅壓縮了閉環(huán)負載加載時的PID調(diào)節(jié)時間，通過開環(huán)加載的方式手動測試，實現(xiàn)任意負載波形動態(tài)加載，為用戶提供電機實際運行工況的真實模擬試驗。

 

6.2 堵載測試：

 

可利用機械堵轉(zhuǎn)方式測量。

 

6.3 工作區(qū)測試：

 

工作區(qū)測試主要針對被測電機的額定測試和峰值測試一體，測試被測電機在短時工作區(qū)和連續(xù)工作的性能，測試參數(shù)有扭矩;轉(zhuǎn)速;功率;溫度等。工作區(qū)用轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩組成的二維平面坐標表示。電機溫升不超過規(guī)定值，能長期工作的區(qū)域為連續(xù)工作區(qū)。下圖中處于“連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩”，“額定轉(zhuǎn)矩”和“最高允許轉(zhuǎn)速”以內(nèi)的工作區(qū)域(圖中無陰影區(qū)域)，它是由電機的發(fā)熱，受離心力影響的機械強度，換相或驅(qū)動器的極限工作條件限制的范圍。超出連續(xù)工作區(qū)，允許電機短時過載運行的區(qū)域為斷續(xù)工作區(qū)(圖中陰影區(qū)域)。

注1：額定功率PN，額定轉(zhuǎn)速nN與額定轉(zhuǎn)矩TN的關(guān)系為：PN = TN x (2π/60 x nN)

注2：對于帶油封，制動器等其他附件的電機，應降額使用。

 

工作區(qū)短時曲線圖

 

 

試驗方法：根據(jù)國標GB/T 30549 -2014來完成此項試驗

連續(xù)工作區(qū)測試(國標定義)：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應不受外界輻射及氣流影響。連續(xù)工作區(qū)的實驗在轉(zhuǎn)速n0,nN和nmax三點進行。其中n0為零速，即電機堵轉(zhuǎn);nN為額定轉(zhuǎn)速點;nmax為最高允許轉(zhuǎn)速。在上述三點施加對應的最大負載轉(zhuǎn)矩，電機的溫升不超過設計的規(guī)定值。

 

連續(xù)工作區(qū)測試方法：

 

在額定轉(zhuǎn)矩條件下,從額定轉(zhuǎn)速開始.測得轉(zhuǎn)速n1?使得電機在此轉(zhuǎn)速下運行2小時的溫升為60K(具體根據(jù)設計來定).此轉(zhuǎn)速為電機在額定負載時.能連續(xù)工作的最高轉(zhuǎn)速.

2、在空載條件下，從額定轉(zhuǎn)速開始，以毎分鐘増加60rpm的速度逐漸增加電機轉(zhuǎn)速.井同時現(xiàn)察實際測量轉(zhuǎn)速.當實際轉(zhuǎn)速不隨設定轉(zhuǎn)速増加時，記下此時的轉(zhuǎn)速n2?此轉(zhuǎn)速亦為空載最高轉(zhuǎn)速.

短時工作區(qū)測試(國標定義)：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應不受外界輻射及氣流影響的實驗在轉(zhuǎn)速n0和nmax兩點進行，在該點施加規(guī)定倍率的額定轉(zhuǎn)矩，測量其溫升在規(guī)定的時間內(nèi)符合設計要求。

 

短時工作區(qū)測試方法：

 

在0.25額定轉(zhuǎn)速條件下，在1min之內(nèi)，轉(zhuǎn)矩從額定轉(zhuǎn)矩逐漸增加至3倍額定扭矩，測試電機表面溫度不超過60℃。

在0.5額定轉(zhuǎn)速條件下，在30s之內(nèi)，轉(zhuǎn)矩從額定轉(zhuǎn)矩逐漸增加至3倍額定扭矩，測試電機表面溫度不超過60℃。

在0.75額定轉(zhuǎn)速條件下，在10s之內(nèi)，轉(zhuǎn)矩從額定轉(zhuǎn)矩逐漸增加至3倍額定扭矩，測試電機表面溫度不超過60℃。

在額定轉(zhuǎn)速條件下，在5s之內(nèi)，轉(zhuǎn)矩從額定轉(zhuǎn)矩逐漸增加至3倍額定扭矩，測試電機表面溫度不超過60℃。

測量參數(shù)：(扭矩，轉(zhuǎn)速，電壓，電流，功率，溫度，時間等)

額定功率：在連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，電機所輸出的最大功率

額定轉(zhuǎn)矩：電機在額定功率和額定轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩

額定轉(zhuǎn)速：在連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，電機額定功率點的轉(zhuǎn)速

連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：在連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，電機所輸出的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩

峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：在超出連續(xù)工作區(qū)，電機允許短時輸出的最大轉(zhuǎn)矩

連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流：在連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，對應連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是的繞組電流(方波驅(qū)動電機電流為峰值，正玄波驅(qū)動電機電流為有效值)

最高允許轉(zhuǎn)速：在保證電氣絕緣介電強度和機械強度條件，電機最大設計轉(zhuǎn)速(方法2在空載條件下，從額定轉(zhuǎn)速開始，以毎分鐘増加60rpm的速度逐漸增加電機轉(zhuǎn)速.井同時現(xiàn)察實際測量轉(zhuǎn)速.當實際轉(zhuǎn)速不隨設定轉(zhuǎn)速増加時，記下此時的轉(zhuǎn)速n2?此轉(zhuǎn)速亦為空載最高轉(zhuǎn)速.)

過載扭矩：在1.2倍額定轉(zhuǎn)矩條件下，在額定轉(zhuǎn)速開始，連續(xù)運行2min，記下此時電機的外殼溫度T不超過設定的值。

 

6.4 反向電動勢測試

 

國標定義：根據(jù)國標GB/T 30549-2014 定義了電機的反向電動勢常數(shù)試驗方法，被測電機不通電，對拖電機將被測電機拖動至規(guī)定的某一轉(zhuǎn)速n,用示波器觀測其波形，應符合技術(shù)要求。測取電機轉(zhuǎn)速為n時的線反電動勢U，根據(jù)公式計算反向電動勢常數(shù)

測試方法：測試發(fā)電斜率：通過測功機穩(wěn)速拖動被測電機至某一個或多個轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，測試并記錄被測電機驅(qū)動端在正反兩個方向在相同轉(zhuǎn)速下的輸出電壓Ud,利用公式K=Ud/n×1000計算輸出發(fā)電斜率。

測試電機波形：通過測功機穩(wěn)速拖動被測電機至某一個或多個轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，可通過功率分析儀觀察反向電動勢波形相位差。

測試參數(shù)：電壓;波形(波形可以通過功率分析儀觀察，軟件波形僅供參考(有通訊延時問題))

注：集成功率分析儀測量使線反向電動勢波形(用示波器測量可以測量相反向電動勢波形)

 

 

6.5轉(zhuǎn)速波動測試：

 

國標定義：根據(jù)國標GB/T21418-2008定義了電機的轉(zhuǎn)速波動測試方法，試驗在電機空載條件下進行，系統(tǒng)輸入額定正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速指令(改變方向但不改變變量值)，測量電動機的正反轉(zhuǎn)速平均轉(zhuǎn)速nccw和ncw,按公式計算正反轉(zhuǎn)速差。系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速，空載條件下運行，測量出電動機最大瞬態(tài)轉(zhuǎn)速和最低瞬態(tài)轉(zhuǎn)速，計算出轉(zhuǎn)速波動系數(shù)。瞬態(tài)轉(zhuǎn)速最大值為nmax,最小值為nmin

 

 

測試方法：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應不受外界輻射及氣流影響。將被測電機運行在額定轉(zhuǎn)速條件下，通過功率分析儀或者模擬示波器讀取高精度轉(zhuǎn)速編碼器的值來計算轉(zhuǎn)速波動。

測量參數(shù)：轉(zhuǎn)速，時間等。

 

6.6 轉(zhuǎn)矩波動測試(試驗目的是確定被測電機的轉(zhuǎn)矩波動是否在設計范圍內(nèi)，測試結(jié)果僅供參考)

 

采用控制負載電機在一定轉(zhuǎn)速下運行，同時也拖動被測電機在此轉(zhuǎn)速下加載運行，通過運轉(zhuǎn)一段周期內(nèi)我們測試出來的實時轉(zhuǎn)矩通過計算公式計算轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)出來。

測試參數(shù)：轉(zhuǎn)速;轉(zhuǎn)矩

 

 

6.7 效率試驗：(負載測試包含此項功能)

 

國標定義：根據(jù)國標GB/T 35089-2018定義了加載及傳動效率試驗。試驗環(huán)境溫度(23±5)℃。在額定轉(zhuǎn)矩下運轉(zhuǎn)至溫度平衡，且機殼溫度≤60℃時進行效率試驗。

負載試驗測試方法：在不同轉(zhuǎn)速下從零加載至額定轉(zhuǎn)矩，記錄輸入/輸出轉(zhuǎn)矩;輸入/輸出轉(zhuǎn)速，每個轉(zhuǎn)速下至少采集5組數(shù)據(jù)，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計算傳動效率，然后繪制出不同轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩-效率曲線，如下圖所示：機械效率的計算公式：

 

 

6.8傳動精度靜態(tài)測試

 

當用于測試關(guān)節(jié)電機傳動精度靜態(tài)測試時，負載電機不加載的情況下使測試軟件通過讀取被測關(guān)節(jié)電機的編碼器的值閉環(huán)控制被測關(guān)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)一個或多個角度，同時測試軟件高速采集編碼器反饋的角度信號與測試臺上的角度傳感器反饋的角度信號對比并繪制曲線，根據(jù)計算公式來計算的值通過系統(tǒng)判斷被實驗產(chǎn)品是否合格，如：給定關(guān)節(jié)電機驅(qū)動器一個固定的角度值(如10度)，讀出輸出編碼器的角度值來做閉環(huán)，同時根據(jù)編碼器和外置角度傳感器這兩個數(shù)值并計算出差值，間隔一定時間(可設定如50ms)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一個角度，得出關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)精度。如此，輸入端旋轉(zhuǎn)一周后，就可以得出完整的正反轉(zhuǎn)精度值，并得出回差數(shù)值，最終可得出三張圖表，分別是關(guān)節(jié)電機順時針旋轉(zhuǎn)、逆時針旋轉(zhuǎn)的精度表和回差圖表。

 

 

6.9位置準確度測試

 

當用于測試關(guān)節(jié)電機傳動精度靜態(tài)測試時，使測試軟件通過讀取被測關(guān)節(jié)電機的編碼器的值閉環(huán)控制被測關(guān)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)一個或多個角度后停頓一個時間，通過外置的角度傳感器記錄當前角度值，退回至原始位置并記錄原始位置角度值，按此規(guī)律反復運行，通過記錄的值根據(jù)公式計算出位置準確度和位置重復性并做判斷。測試系統(tǒng)可供用戶選擇

不帶負載和帶負載選項，帶負載的大小可設定。

實軌跡速度可設定，如額定軌跡速度的100%;50%;10%下進行

停頓時間可設定，

循環(huán)次數(shù)可設定，

 

軟件界面

 

保護功能測試界面

 

 

轉(zhuǎn)矩精度測試界面

 

 

動態(tài)跟隨誤差測試

 

 

工作區(qū)測試界面

 

 

轉(zhuǎn)速調(diào)整率界面

 

 

轉(zhuǎn)矩變化響應界面

 

 

抱閘測試界面

 

 

轉(zhuǎn)調(diào)速比測試界面

 

 

穩(wěn)態(tài)跟隨誤差測試界面

 

 

手動測試（定點扭矩）界面

 

 

轉(zhuǎn)速波動測試界面

 

 

手動測試（開環(huán)）界面

 

 

穩(wěn)速誤差測試界面

 

 

穩(wěn)態(tài)加速度測試界面

 

 

工作區(qū)測試界面

 

 

轉(zhuǎn)矩波動系統(tǒng)界面

 

 

現(xiàn)場應用案例：