本发明涉及减速器传动特性，具体涉及一种谐波减速器动态扭转刚度分析装置与方法。
背景技术：
谐波减速器，它的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差，并且输入转速不能太高。
谐波传动减速器主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成，谐波传动减速器，是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。
由于谐波齿轮传动的特点，所以输出轴的扭转刚度比rv减速器等低，同时回转精度也低，所以要分析谐波减速器的输出扭转刚度。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种谐波减速器动态扭转刚度分析装置与方法。
本发明采用如下技术方案：
一种谐波减速器动态扭转刚度分析装置，包括交流伺服电机，所述交流伺服电机自带编码盘，所述交流伺服电机的输出轴通过联轴器与谐波齿轮减速器的输入轴连接，所述谐波齿轮减速器的输出轴与扭转传感器的一端连接，所述扭转传感器的另一端分别与扭转弹簧及旋转编码盘连接；
还包括交流电机伺服放大器、信号发生器、a/d转换数据采集卡、计算机及码盘计数解算卡；
信号发生器产生正弦信号输入到交流电机伺服放大器驱动交流伺服电机，进一步驱动谐波齿轮减速器的输出轴转动，带动扭转传感器转动，使扭转弹簧产生扭矩，所述交流伺服电机自带的编码盘和旋转编码盘检测的谐波齿轮减速器的输入端和输出端的转动角位移信号，经过码盘计数解算卡输入计算机，所述扭转传感器检测谐波齿轮减速器的输出轴的力矩，通过a/d转换数据采集卡输入到计算机中，所述信号发生器与a/d转换数据采集卡连接。
所述扭转传感器的扭转刚度大于谐波齿轮减速器的扭转刚度。
所述交流伺服电机通过电机支架固定在实验台上，所述谐波齿轮减速器通过谐波齿轮减速器支架固定在实验台上。
一种谐波减速器动态扭转刚度分析装置的方法，包括如下步骤：
第一步交流伺服电机的工作模式设置为力矩工作模式，调节信号发生器产生正弦波波信号，经过交流电机伺服放大器后驱动交流伺服电机按驱动信号正反向转动；
第二步交流伺服电机的转动输入轴驱动连接谐波齿轮减速器，经过连接谐波齿轮减速器减速后，谐波齿轮减速器的输出轴就带动扭转传感器反复转动，使得扭转弹簧产生反扭转阻力矩，采集扭转传感器检测的输出扭矩信号，a/d转换数据采集卡进行a/d转换后输入计算机；
第三步用交流伺服电机的编码盘和谐波齿轮减速器的输出轴带动的旋转编码盘分别检测谐波齿轮减速器的输入轴和输出轴的转动角位移信号，经过码盘计数解算卡后输入到计算机，进行处理；
第四步根据测量的谐波齿轮减速器的输入轴和输出轴的转动角位移信号，结合波齿轮减速器的减速比，以及扭转传感器测量的动态扭矩信号，得到谐波齿轮减速器的输出扭转刚度。
本发明的有益效果：
(1)不需要专门购买的谐波齿轮减速器动态扭转刚度分析装置，节省了装置成本和存放及维护的花费；
(2)该装置仅仅需要一个交流伺服电机系统，扭矩传感器和扭转弹簧，高分辨率码盘，运动控制采集卡和计算机及信号发生器即可实现，装置简单，容易搭建；
(3)通过测量谐波齿轮减速器输入端和输出端的角位移信号，输出端的负载力矩信号，运行相应的算法，就可解算得到谐波齿轮减速器的输出扭转刚度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种谐波减速器动态扭转刚度分析装置，包括交流伺服电机2，所述交流伺服电机自带编码盘1，所述交流伺服电机的输出轴通过联轴器4与谐波齿轮减速器5的输入轴连接，所述谐波齿轮减速器的输出轴与扭转传感器7的一端连接，所述扭转传感器的另一端分别与扭转弹簧8及旋转编码盘10连接；
所述交流伺服电机自带的编码盘和旋转编码盘均为高分辨率的。
交流伺服电机通过电机支架3固定在实验台上，所述谐波齿轮减速器通过谐波齿轮减速器支架6固定在实验台上，所述扭转弹簧的另一端通过扭转弹簧支架9固定。
信号发生器12产生一定频率的正弦信号输出到交流电机伺服放大器11，将交流伺服电机2的工作模式设置为力矩模式，这样信号发生器12的信号驱动交流伺服电机2按输入的信号转动，驱动谐波齿轮减速器5的输出轴转动，带动扭转传感器7转动，从而使扭转弹簧8产生扭转阻力矩；选择扭转刚度远远大于谐波齿轮减速器扭转刚度的扭转传感器7，高分辨率的旋转编码盘10可以检测谐波齿轮减速器5输出轴的角位移；
扭转传感器7检测谐波齿轮减速器5的输出轴的力矩，通过a/d转换数据采集卡13进行a/d转换后输入计算机14；将交流伺服电机2的编码盘1和高分辨率的旋转编码盘10分别检测谐波齿轮减速器5的输入端和输出端的转动角位移信号，经过码盘计数解算卡15后输入到计算机14，进行处理；
根据记录的谐波齿轮减速器5的输入端和输出端的转动角位移信号，扭转传感器7检测到的谐波齿轮减速器5的输出端力矩信号，再考虑谐波齿轮减速器5的减速比，可以辨识得到谐波齿轮减速器5的动态扭转刚度。
本实例中，交流伺服电机2和配套交流电机伺服放大器11：选用mitsubishi公司生产的型号为hc-kfs43的交流伺服电机，其功率为400w。伺服电机内部的增量式编码器用于检测电机输出轴的转角和转速。编码器的分辨率为40000脉冲/转，即0.009度每转。配套伺服驱动部分采用选用mitsubishi公司生产的型号为mr-j2s-40a的伺服驱动器。高分辨率编码盘和扭转弹簧8可很容易从市场上购买到高精度的旋转编码盘。扭转传感器7选用双法兰型动态扭矩传感器，选用时只要满足刚度足够大，以及量程与谐波齿轮减速器的输出扭矩范围相匹配即可。
交流伺服电机2输出轴通过联轴器4连接谐波齿轮减速器5的输入轴，谐波齿轮减速器5的输出轴连接扭转传感器7和扭转弹簧8；因此，随着谐波齿轮减速器5的输出轴角位移的增加，在扭转弹簧8的扭转阻力矩就越大，输出力矩就越大；根据谐波齿轮减速器5输入轴和输出轴的角位移，以及扭转传感器7检测的信号，可以解算出谐波齿轮减速器5的扭转刚度。
扭转传感器7的扭转刚度要远远大于谐波齿轮减速器5的扭转刚度，否则，辨识得到的结果会受到影响。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。