应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置的制作方法

本发明涉及工业机器人性能测试技术领域，特别是涉及应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置。

背景技术：

近年来，工业机器人产业发展势头迅猛，产业规模和市场空间也不断扩大。工业机器人作为先进制造业的关键支撑设备，是衡量国家或地区的制造业水平和科技实力的重要标杆。而工业机器人的静态柔顺性试验是工业机器人性能测试中的重要环节，静态柔顺性是指作用于工业机器人末端机械接头的每单位负载的最大位移量。但是，传统的工业机器人静态柔顺性能测试装置大多结构复杂，成本昂贵，难以满足实际生产的需要。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置，该应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置结构简单，成本低廉且操作便捷。

一种应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置，包括：

加载方向调节组件，所述加载方向调节组件的施力端与工业机器人的末端机械接头连接且用于调节工业机器人的末端机械接头的受力方向；及

加载力调节组件，包括杠杆、第一级砝码和第二级砝码，所述杠杆具有固定部且所述杠杆可绕所述固定部转动，所述加载方向调节组件的受力端与所述杠杆连接，所述第一级加载砝悬挂于所述杠杆上，所述第二级砝码悬挂于所述杠杆上且能沿着所述杠杆移动，所述第一级砝码的重量大于所述第二级砝码的重量，所述第一级砝码和所述第二级砝码均位于所述加载方向调节组件的受力端的一侧。

上述应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置，通过加载方向调节组件可调节工业机器人的末端机械接头的受力方向。通过加载力调节组件可以调节工业机器人的末端机械接头的受力大小，从而控制工业机器人的末端机械口的受力大小。加载力调节组件主要通过与加载方向调节组件的受力端连接的杠杆上的第一级砝码和第二级砝码来调节加载力的大小。第一级砝码的重量大于第二级砝码的重量，通过增减第一级砝码的个数可以初步调节加载力，而通过增减第二级砝码的个数或改变第二级砝码在杠杆上所处的位置可以进一步精确调节加载力。该应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置结构简单，成本低廉，无需使用复杂的伺服电机或油缸来控制加载力。另外，该应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置在调节加载力的方向和大小时，操作也更为便捷。

在其中一个实施例中，所述应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置还包括末端加载立方头，所述末端加载立方头固定于机器人的末端机械接头处，所述加载方向调节组件的施力端与所述末端加载立方头连接且用于调节所述末端加载立方头的受力方向。

在其中一个实施例中，所述加载力调节组件还包括第三级砝码，所述第三级砝码套设于所述杠杆上且能沿着所述杠杆移动，所述第三级砝码的重量小于所述第二级砝码，所述第一级砝码、所述第二级砝码和所述第三级砝码均位于所述加载方向调节组件的受力端的一侧。

在其中一个实施例中，所述加载方向调节组件包括牵引绳和定滑轮组，所述定滑轮组包括至少四个定滑轮，所述牵引绳的一端与所述工业机器人的末端机械接头连接，所述牵引绳的另一端绕过所述定滑轮与所述杠杆连接或所述牵引绳的另一端直接与所述杠杆连接，通过改变所述定滑轮的固定位置可改变工业机器人的末端机械接头的受力方向。

在其中一个实施例中，以工业机器人的末端机械接头的几何中心为原点建立xyz坐标系，所述定滑轮组包括六个定滑轮，分别为第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮、第四定滑轮，第五定滑轮和第六定滑轮，所述第一定滑轮和所述第二定滑轮的中心连线与z轴平行且位于z轴和y轴所确定的平面内；所述第三定滑轮和所述第四定滑轮的中心连线与z轴平行且位于z轴和x轴所确定的平面内；所述第五定滑轮和所述第六定滑轮均位与z轴相切且分别位于所述工业机器人的末端机械接头的两侧，或者所述第五定滑轮和所述第六定滑轮均位于所述工业机器人的末端机械接头的下方且所述第五定滑轮和所述第六定滑轮均与z轴的负方向相切。

在其中一个实施例中，所述应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置还包括拉力传感器和位移传感器，所述拉力传感器用于检测所述加载方向调节组件的受力端所受到的拉力，所述位移传感器用于检测所述工业机器人的末端机械接头的位移。

在其中一个实施例中，所述位移传感器为激光跟踪传感器，所述激光跟踪传感器包括激光跟踪仪和激光靶标，所述激光靶标设于所述工业机器人的末端机械接头上，所述激光跟踪仪用于实时追踪并采集激光靶标的位移信息。

在其中一个实施例中，所述应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置还包括数据分析器，所述数据分析器与所述拉力传感器、所述位移传感器均电性连接，所述数据分析器通过接收所述拉力传感器和所述位移传感器的检测结果，计算分析获得工业机器人的静态柔顺性能。

在其中一个实施例中，所述应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置还包括拉力数据采集仪，所述拉力数据采集仪与所述拉力传感器、所述数据分析器均电性连接，所述拉力数据采集仪用于收集所述拉力传感器的检测结果，并将所述拉力传感器的检测结果传递给所述数据分析器。

在其中一个实施例中，所述应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置还包括位移传感控制器，所述位移传感控制器与所述位移传感器、所述数据分析器均电性连接，所述位移传感控制器用于控制所述位移传感器的运转，所述位移传感控制器还用于收集所述位移传感器的检测结果，并将位移传感器的检测结果传递给数据分析器。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置的结构示意图；

图2为图1所示应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置用于测试末端机械接头的z轴负方向的静态柔顺性时的示意图；

图3为图1所示应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置用于测试末端机械接头的z轴正方向的静态柔顺性时的示意图；

图4为图1所示应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置用于测试末端机械接头的y轴负方向的静态柔顺性时的示意图；

图5为图1所示应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置用于测试末端机械接头的y轴正方向的静态柔顺性时的示意图；

图6为图1所示应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置用于测试末端机械接头的x轴负方向的静态柔顺性时的示意图；

图7为图1所示应用于工业机器人的静态柔顺性能测试装置用于测试末端机械接头的x轴正方向的静态柔顺性时的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一实施例提出一种静态柔顺性能测试装置10(以下简称静态柔顺性能测试装置10)，包括加载方向调节组件和加载力调节组件。该静态柔顺性能测试装置10结构简单，成本低廉且操作便捷。

具体地，加载方向调节组件的施力端与工业机器人20的末端机械接头21连接且用于调节工业机器人20的末端机械接头21的受力方向。可选地，加载方向调节组件包括牵引绳和定滑轮组，定滑轮组包括至少四个定滑轮。本实施例中，牵引绳为钢丝绳。钢丝绳具有加大的韧性，在试验过程中不易损坏。

本实施例中，以工业机器人20的末端机械接头21的几何中心为原点建立xyz坐标系。定滑轮组包括六个定滑轮，分别为第一定滑轮211、第二定滑轮212、第三定滑轮213、第四定滑轮214，第五定滑轮215和第六定滑轮216。第一定滑轮211和第二定滑轮212的中心连线与z轴平行且位于z轴和y轴所确定的平面内；第三定滑轮213和第四定滑轮214的中心连线与z轴平行且位于z轴和x轴所确定的平面内；第五定滑轮215和第六定滑轮216均与z轴相切且分别位于工业机器人20的末端机械接头21的两侧，或者第五定滑轮215和第六定滑轮216均位于工业机器人20的末端机械接头21的下方且第五定滑轮215和第六定滑轮216均与z轴的负方向相切。

具体地，如图1所示，加载力调节组件包括杠杆310、第一级砝码320和第二级砝码330。杠杆310具有固定部311且杠杆310可绕固定部311转动。加载方向调节组件的受力端与杠杆310连接，第一级砝码320悬挂于杠杆310上，第二级砝码330悬挂于杠杆310上且能沿着杠杆310移动，第一级砝码320的重量大于第二级砝码330，第一级砝码320和第二级砝码330均位于加载方向调节组件的受力端的一侧。本实施例中，杠杆310上设有刻度，方便调节第二级砝码330的移动距离。

具体地，牵引绳的一端与工业机器人20的末端机械接头21连接，牵引绳的另一端绕过定滑轮与杠杆310连接或牵引绳的另一端直接与杠杆310连接，通过改变定滑轮的固定位置可改变工业机器人20的末端机械接头21的受力方向。该设置结构简单，成本低廉，通过改变定滑轮的固定位置及牵引绳的绕设方式即可改变工业机器人20的末端机械接头21的受力方向，操作简单，省时省力。

进一步地，静态柔顺性能测试装置10还包括固定座400，杠杆310的固定部311可转动地固定于固定座400上。本实施例中，杠杆310的固定部311与固定座400铰接。该设置能通过调节各级砝码来改变加载方向调节组件的受力端的受力大小。具体地，工业机器人20的末端机械接头21位于杠杆310的上方，加载方向调节组件的受力端、第一级砝码320及第二级砝码330均位于固定部311的一侧。本实施例中，所述第一级砝码320和第二级砝码330均位于加载方向调节组件的受力端的一侧，固定部311位于加载方向调节组件的受力端的另一侧。根据杠杆310原理f1×l1＝f2×l2(f1表示第一级砝码320和第二级砝码330的重力，f2表示加载方向调节组件的受力端所受到的加载力，l1表示第一级砝码320和第二级砝码330到固定部311的距离，l2表示加载方向调节组件的受力端到固定部311的距离),由于l1大于l2，故f1小于f2,因此，可实现通过较小质量的砝码来实现对工业机器人20的末端机械接头21的加载力的较大幅度的改变。

在其他实施例中，也可以工业机器人20的末端机械接头21位于杠杆310的下方，加载方向调节组件的受力端位于固定部311的一侧，第一级砝码320及第二级砝码330均位于固定部311的另一侧。上述设置均有助于形成稳定的杠杆系统，以便于通过调节各级砝码来改变加载方向调节组件的受力端的受力大小。

本实施例中，固定座400固定于地面上，当然，在其他实施例中，固定座400也可以垂直(可以理解的是，这里的垂直并不仅仅指绝对垂直，还应该允许一定的误差存在，只要能够实现目的即可，均落入保护范围内)固定于竖直墙面上或采用其他设置方式，只要能实现杠杆310绕固定部311转动即可。

进一步地，加载力调节组件还包括第三级砝码340，第三级砝码340套设于杠杆310上且能沿着杠杆310移动，第三级砝码340的重量小于第二级砝码330，第一级砝码320、第二级砝码330和第三级砝码340均位于加载方向调节组件的受力端的一侧。由于第三级砝码340的重量小于第二级砝码330且第三级砝码340套设于杠杆310上，因此可通过调节第三级砝码340在杠杆310上的位置来对加载力进行更加精准的调节，更加准确地测量工业机器人20的静态柔顺性能。本实施例中，第三级砝码340与杠杆310螺纹连接，从而便于精密控制第三级砝码340在杠杆310上的移动，以实现对加载力大小的精密控制。具体地，第三级砝码340位于杠杆310远离固定座400的一端，从而可通过较小质量的第三级砝码340来实现对工业机器人20的末端机械接头21的加载力的较大幅度的改变。

如此，通过第一级砝码320、第二级砝码330和第三级砝码340的设置，使得该静态柔顺性能测试装置10能满足工业机器人20的静态柔顺性实验中，所需额定加载力调节范围大(约为3kg～1000kg，如3kg、6kg、20kg、250kg等)及调节精度高(从10％额定加载力以10％的增幅逐渐增加至100％额定加载力)的要求。

具体地，杠杆310与牵引绳的连接端位于y轴的负方向上。牵引绳有六条，分别为z轴负向加载牵引绳221、z轴正向加载牵引绳222、y轴负向加载牵引绳223、y轴正向加载牵引绳224、x轴负向加载牵引绳225及x轴正向加载牵引绳226。

当测试工业机器人20的末端机械接头21的z轴负方向的静态柔顺性时，如图2所示，使z轴负向加载牵引绳221的一端与工业机器人20的末端机械接头21连接，z轴负向加载牵引绳221的另一端直接与杠杆310连接即可测量。

当测试工业机器人20的末端机械接头21的z轴正方向的静态柔顺性时，如图3所示，第五定滑轮215与z轴正方向相切且位于z轴靠近第一定滑轮211的一侧，第六定滑轮216与z轴负方向相切且位于z轴靠近第二定滑轮212的一侧，第一定滑轮211与第五定滑轮215的中心连线平行于第二定滑轮212与第六定滑轮216的中心连线，z轴正向加载牵引绳222的一端与工业机器人20的末端机械接头21连接，z轴正向加载牵引绳222的另一端依次绕过第五定滑轮215的顶部、第一定滑轮211的顶部，第二定滑轮212的底部及第六定滑轮216的顶部与杠杆310连接。

当测试工业机器人20的末端机械接头21的y轴负方向的静态柔顺性时，如图4所示，第一定滑轮211位于y轴的负方向上，第二定滑轮212位于第一定滑轮211的下方，第六定滑轮216与z轴负方向相切且位于z轴靠近第二定滑轮212的一侧，y轴负向加载牵引绳223的一端与工业机器人20的末端机械接头21连接，y轴负向加载牵引绳223的另一端依次绕过第一定滑轮211的顶部、第二定滑轮212的底部及第六定滑轮216的顶部与杠杆310连接。

当测试工业机器人20的末端机械接头21的y轴正方向的静态柔顺性时，如图5所示，第一定滑轮211位于y轴的正方向上，第二定滑轮212位于第一定滑轮211的下方，第六定滑轮216与z轴负方向相切且位于z轴靠近第二定滑轮212的一侧，y轴正向加载牵引绳224的一端与工业机器人20的末端机械接头21连接，y轴正向加载牵引绳224的另一端依次绕过第一定滑轮211的顶部、第二定滑轮212的底部及第六定滑轮216的顶部与杠杆310连接。

当测试工业机器人20的末端机械接头21的x轴负方向的静态柔顺性时，如图6所示，第三定滑轮213位于x轴的负方向上，第四定滑轮214位于第三定滑轮213的下方，第五定滑轮215与z轴负方向相切且位于z轴靠近第四定滑轮214的一侧，x轴负向加载牵引绳225的一端与工业机器人20的末端机械接头21连接，x轴负向加载牵引绳225的另一端依次绕过第三定滑轮213的顶部、第四定滑轮214的底部及第五定滑轮215的顶部与杠杆310连接。

当测试工业机器人20的末端机械接头21的x轴正方向的静态柔顺性时，如图7所示，第三定滑轮213位于x轴的正方向上，第四定滑轮214位于第三定滑轮213的下方，第五定滑轮215与z轴负方向相切且位于z轴靠近第四定滑轮214的一侧，x轴正向加载牵引绳226的一端与工业机器人20的末端机械接头21连接，x轴正向加载牵引绳226的另一端依次绕过第三定滑轮213的顶部、第四定滑轮214的底部及第五定滑轮215的顶部与杠杆310连接。

如此，则可完成工业机器人20的末端机械接头21在三维空间中的六个方向的静态柔顺性能测试。当然，在其他实施例中，定滑轮组内的各个定滑轮也可根据实际需要设置位置。

具体地，静态柔顺性能测试装置10还包括拉力传感器100和位移传感器。拉力传感器100用于检测加载方向调节组件的受力端所受到的拉力。位移传感器用于检测工业机器人20的末端机械接头21的位移。可选地，位移传感器为激光跟踪传感器，激光跟踪传感器包括激光跟踪仪510和激光靶标，激光靶标设于工业机器人20的末端机械接头21上，激光跟踪仪510用于实时追踪并采集激光靶标的位移信息。具体地，激光跟踪仪510发射激光30，当激光30发射至激光靶标时，激光30反射回激光跟踪仪510，激光跟踪仪510获得激光靶标的位移信息。由于激光的发散性小，采用激光跟踪传感器作为位移传感器，测距精度较高。

进一步地，静态柔顺性能测试装置10还包括末端加载立方头600，末端加载立方头600固定于工业机器人20的末端机械接头21处，加载方向调节组件的施力端与末端加载立方头600连接且用于调节末端加载立方头600的受力方向，位移传感器用于检测工业机器人20的末端机械接头21的位移。激光靶标设于末端加载立方头600上。末端加载立方头600具有较大的表面积，方便牵引绳与工业机器人20的末端机械接头21处连接，也方便靶标的设置。

进一步地，静态柔顺性能测试装置10还包括数据分析器710，数据分析器710与拉力传感器100、位移传感器均电性连接，数据采集分析器710通过接收拉力传感器100和位移传感器的检测结果，计算分析获得工业机器人20的静态柔顺性能。数据分析器710能对拉力传感器100和位移传感器的测试结果进行收集汇总，并自动计算分析，获得工业机器人20的静态柔顺性能，节省了人工计算分析的时间。可选地，数据分析器710可以为电脑、plc或具有控制板卡的工控机等。

进一步地，静态柔顺性能测试装置10还包括拉力数据采集仪720，拉力数据采集仪720与拉力传感器100、数据分析器710均电性连接，拉力数据采集仪720用于收集拉力传感器100的检测结果，并将拉力传感器100的检测结果传递给数据分析器710。拉力数据采集仪720能实现拉力传感器100和数据分析器710之间的信息传递。

进一步地，静态柔顺性能测试装置10还包括与拉力传感器100电性连接的拉力数字显示仪730，拉力数字显示仪730用于显示拉力传感器100的检测结果。该设置方便作业人员实时监控加载力的大小，便于对各级砝码进行调整。

进一步地，静态柔顺性能测试装置10还包括位移传感控制器740，位移传感控制器740与位移传感器、数据分析器710均电性连接，位移传感控制器740用于控制位移传感器的运转，位移传感控制器740还用于收集位移传感器的检测结果，并将位移传感器的检测结果传递给数据分析器710。位移传感控制器740能实现对位移传感器的运行的自动控制，且能实现位移传感器与数据分析器710之间的信息传递。本实施例中，位移传感控制器740为激光跟踪控制器。

上述静态柔顺性能测试装置10至少具有以下优点：

通过加载方向调节组件可调节工业机器人20的末端机械接头21的受力方向。通过加载力调节组件可以调节工业机器人20的末端机械接头21的受力大小，从而控制工业机器人20的末端机械口的受力大小。加载力调节组件主要通过与加载方向调节组件的受力端连接的杠杆310上的第一级砝码320和第二级砝码330来调节加载力的大小。第一级砝码320的重量大于第二级砝码330的重量，通过增减第一级砝码320的个数可以初步调节加载力，而通过增减第二级砝码330的个数或改变第二级砝码330在杠杆310上所处的位置可以进一步精确调节加载力。该静态柔顺性能测试装置10结构简单，成本低廉，无需使用复杂的伺服电机或油缸来控制加载力。另外，该静态柔顺性能测试装置10在调节加载力的方向和大小时，操作也更为便捷。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。