工业机器人手腕的测试装置的制作方法

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种工业机器人手腕的测试装置。

背景技术：

工业机器人手腕是工业机器人的重要组成部分，其内部设有若干齿轮，通过齿轮传动来实现工业机器人手腕的各种运动。因此，工业机器人手腕中的输入轴与轴承、齿轮与齿轮的配合直接影响工业机器人手腕的运动精度。

工业机器人手腕的运动精度除了受零部件的加工精度的影响外，还与部件的装配精度密切相关。因此，在预装配完成工业机器人手腕后，需要对该工业机器人进行运行测试，通过试运行该工业机器人手腕来判断其内部齿轮与齿轮的啮合、轴与轴承的配合是否满足要求。如果试运行确定其内部齿轮与齿轮间隙过大、温升异常、振动值异常、异响等至少一种异常现象发生时，需要拆卸，以检查其内部各部件之间的配合，还可能重新装配重要部件例如齿轮，并重新调节其内部各齿轮的侧隙，直至达到工业机器人手腕的精度要求。

而现有技术中并没有相关可以用于进行工业机器人手腕进行运行测试的测试装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工业机器人手腕的测试装置，用于对工业机器人手腕的运行测试。

本发明提供一种工业机器人手腕的测试装置，所述工业机器人手腕包括机体和延伸出所述机体的至少两个输入轴，所述至少两个输入轴同轴且各自延伸出所述机体的长度不相等，所述测试装置包括：

水平设置的底座；

手腕支撑组件，用于支撑所述工业机器人手腕，其包括固定设于所述底座上的手腕固定架和尾架，所述机体固定在所述手腕固定架的一侧，所述至少两个输入轴从所述手腕固定架的另一侧穿出，由所述尾架支撑第一输入轴的末端，所述第一输入轴是所述至少两个输入轴中延伸出所述机体的长度最长的输入轴；

隔套组件，其包括分别与每一输入轴配合的隔套，所述隔套上设有径向螺纹孔；

从动轮，其通过所述隔套径向固定在对应的输入轴上，由所述从动轮带动所在输入轴转动，所述从动轮由电机驱动；

止动架，固定在所述底座上，在测试过程中，对于不需要转动的输入轴，通过螺钉穿过所述止动架并与所述不需要转动的输入轴上所安装隔套上的径向螺纹孔配合，以锁定所述不需要转动的输入轴。

优选的，所述止动架上设有沿所述输入轴的轴线方向分布的腰形孔，通过在所述腰形孔中移动所述螺钉以改变锁定的输入轴。

优选的，所述止动架的上表面低于所述第一输入轴。

优选的，所述隔套与对应的输入轴键连接，所述从动轮通过螺钉径向固定在所在的隔套上。

优选的，所述隔套组件中各隔套的外径相等。

优选的，所述工业机器人手腕包括三个输入轴，所述隔套组件中包括三个隔套，每一隔套分别与一输入轴配合。

优选的，所述测试装置还包括电机固定架，所述电机固定在所述电机固定架上，所述电机通过链传动驱动所述从动轮。

优选的，所述电机固定架、所述手腕固定架和所述尾架上均设有腰形孔且均与所述底座螺纹连接，所述腰形孔用于对应调节所述电机固定架、所述手腕固定架和所述尾架在所述底座上的固定位置。

优选的，所述测试装置还包括振动加速度计，用于测量在测试过程中所述工业机器人手腕的振动值。

优选的，所述测试装置还包括温度计，用于测量在测试过程中所述工业机器人手腕的温度。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

结合具有至少两个同轴的输入轴的工业机器人手腕的实际情况，针对性地提出了用于该种工业机器人手腕进行运行测试的测试装置。通过手腕固定架和尾架来支撑工业机器人手腕的输入轴，并通过隔套来从动轮固定在输入轴上，以此，通过驱动从动轮来带动工业机器人手腕的输入轴的转动，保证了输入轴动力的输入。

而且，通过测试装置中的固定架、与输入轴配合的隔套、以及隔套上的径向螺纹孔，可以实现在一个输入轴的运行测试过程中，来锁定另外两个不需要转动的输入轴，从而，避免因多个输入轴同时转动造成工业机器人手腕运行情况的误判，满足了工业机器人手腕的运行测试要求。

附图说明

图1为本发明工业机器人手腕在测试装置上的安装示意图；

图2为本发明工业机器人手腕的各输入轴与隔套、隔套与从动轮的配合示意图；

图3为另一视角下本发明工业机器人手腕在测试装置上的安装示意图；

图4为本发明手腕固定架、尾架、电机固定架的移动示意图；

图5为保护罩的安装示意图；

图6为通过本发明的测试装置对工业机器人手腕进行测试的流程图。

其中，附图标记说明如下：1、第二隔套；2、第一螺钉；3、第一隔套；4、第一轴承；5、第二螺钉；6、第三螺钉；7、电机；8、第四螺钉；9、主动链轮；10、支撑板；11、电机固定架；12、基础平台；13、输出轴；14、链条；15、尾架；16、手腕固定架；17止动架；18、第五螺钉；19、螺钉；20、第三隔套；21、温度传感器；22、机体；23、振动加速度计；24、从动轮；25、保护罩；26、第五腰形孔；27、第二腰形孔；28、第三腰形孔；29、第一腰形孔；30、第四腰形孔；31、第三输入轴；32、第二输入轴；33、第一输入轴。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

工业机器人手腕是连接工业机器人手臂和末端操作器(手部)的部件，起支撑末端操作器(手部)的作用。

现有工业机器人手腕内部设有若干齿轮，通过齿轮传动来实现工业机器人手腕的各种运动。因此，工业机器人手腕中的输入轴与轴承、齿轮与齿轮的配合直接影响工业机器人手腕的运动精度。

对于工业机器人手腕的精度而言，除了与零部件的加工精度相关外，还与部件的装配精度密切相关。因此，在预装配完成工业机器人手腕后，需要对该工业机器人进行运行测试，通过试运行工业机器人手腕来判断其内部齿轮与齿轮的啮合、轴与轴承的配合是否满足要求。进而，在试运行确定其内部齿轮与齿轮间隙过大、温升异常、振动值异常、异响等至少一种异常现象发生时，需要重新拆卸，以检查其内部各部件之间的配合，甚至还可能会重新调节其内部各齿轮的侧隙，直至达到工业机器人手腕的精度要求。

本申请的测试装置即使用于对工业机器人手腕进行运行测试。按照自由度数目来分，工业机器人手腕可以分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。值得一提的是，本实施例的工业机器人手腕的测试装置适用于二自由度手腕和三自由手腕，且该二自由度手腕和三自由度手腕包括至少两个同轴设置且延伸出工业机器人手腕的机体22的长度不相等。

具体来说，若为二自由度手腕，其包括两个输入轴，则适用于本申请的二自由度手腕的两输入轴同轴，且两输入轴延伸出机体22的长度不相等。若为三自由度手腕，其包括三个输入轴，则适用于本申请的三自由度手腕存在两个输入轴或者三个输入轴同轴，且该同轴的至少两个输入轴延伸出机体22的长度不相等。

在本实施例中，通过三个输入轴同轴且延伸出机体22的长度不相等的三自由度手腕对测试装置进行了介绍。值得一提的是，此进行是示例性举例介绍，但是并不能认为是对本申请测试装置使用范围的限制，其他可以适用于本申请测试装置的二自由度手腕、三自由度手腕(例如仅存在两个输入轴同轴的工业机器人手腕)也可以用本申请的测试装置进行试运行测试。

对于至少两个输入轴同轴的工业机器人手腕而言，该同轴的至少两个输入轴中相邻输入轴通过轴承支撑，可以理解的是，为了实现相邻输入轴之间通过轴承支撑，除直径最小的输入轴外，其他输入轴均为空心轴，以布设同轴的其他输入轴。

在图2所示例性示出的工业机器人手腕中，其包括第已输入轴33(该第已输入轴33为三个输入轴中延伸出机体22的长度最长的输入轴)、第二输入轴32和第二输入轴32，图2中并未示出第一输入轴33、第二输入轴32、以及第三输入轴31之间的配合关系。

但是，如上所描述，为了实现第一输入轴33、第二输入轴32和第三输入轴31的同轴设置，第二输入轴32和第三输入轴31为中空轴，第一输入轴33沿第二输入轴32的中心孔延伸出，第二输入轴32沿第三输入轴31的中心孔延伸出。且在第一输入轴33上套装有轴承，用于支撑第二输入轴32；同理，在第二输入轴32上套装有轴承，用于支撑第三输入轴31。

在通过本申请的测试装置对工业机器人手腕中进行运行测试过程中，由于相邻两输入轴之间通过轴承支撑，所以，如果驱动其中一输入轴转动，其实际上会对带动其他的输入轴转动，而此种情况，并不利于进行以该输入轴作为输入后，该传动链上其后传动部件的运行情况的分析，因此，在实际测试过程中，需要保证同一时间仅有一输入轴转动，而其他的输入轴保持固定，而通过本申请的测试装置则可以实现该功能。

请参阅图1-图3，测试装置包括底座、手腕支撑组件、隔套组件、从动轮24、止动架17。

其中，底座起支撑作用，其表面作为测试装置的支撑面。如图1所示，底座包括支撑板10和基础平台12，其中支撑板10通过第二螺钉5固定在基础平台12上。在其他实施例中，还可以直接将基础平台12作为底座。

手腕支撑组件，用于支撑工业机器人手腕，其包括固定设于底座上的手腕固定架16和尾架15。手腕固定架16和尾架15均与底座螺纹连接，具体的，尾架15通过第三螺钉6固定在底座上。

手腕固定架16和尾架15相对竖直设置在底座上，其中，手腕固定架16上设有通孔，以供工业机器人手腕的输入轴(31、32、33)从中穿过。尾架15上设有轴孔，用于支撑第一输入轴33的末端，该第一输入轴33是工业机器人手腕同轴的至少两个输入轴中延伸出机体22的长度最长的输入轴，具体在本实施例，即三个同轴的输入轴中延伸出机体22的长度最长的输入轴。

在需要固定工业机器人手腕时，将机体22固定在手腕固定架16的一侧，三个输入轴通过该手腕固定架16上的通孔，从手腕固定架16的另一侧穿出，由尾架15支撑第一输入轴33的末端。具体的，机体22通过第五螺钉18可拆卸固定在手腕固定架16上。尾架15上设有轴孔，尾架15的轴孔中设有第一轴承4，通过该第一轴承4来支撑第一输入轴33的末端。

隔套组件，其包括分别与每一输入轴配合的隔套。具体在本实施例中，分别设有与三个输入轴(第一输入轴33、第二输入轴32和第三输入轴31)配合的隔套。将与第一输入轴33配合的隔套称为第一隔套3，将与第二输入轴32配合的隔套称为第二隔套1，将与第三输入轴31配合的隔套称为第三隔套20。

从动轮24，其通过隔套径向固定在对应的输入轴上，由从动轮24带动所在输入轴转动，从动轮24由电机7驱动。

止动架17，固定在底座上，在测试过程中，对于不需要转动的输入轴，通过螺钉19穿过止动架17并与不需要转动的输入轴上所安装隔套上的径向螺纹孔配合，以锁定不需要转动的输入轴。

其中，由于三个同轴的输入轴的外径不相同，对应的，与该三个输入轴的外径分别配合的第一隔套3、第二隔套1、第三隔套20的内径也不相同。

具体的，第一输入轴33与第一隔套3、第二输入轴32与第二隔套1、第三输入轴31与第三隔套20分别通过键连接，从而，实现隔套与输入轴之间的动力传动。

如上所述，在测试过程中，同一时间仅需要驱动一输入轴转动，而其他的输入轴需要保持固定。因此，在测试过程中，仅需要在一个隔套上安装从动轮24，以保证同一时间仅驱动一输入轴转动。

具体的，从动轮24的内径与隔套的外径配合。因此，在具体实施例中，如果各隔套(第一隔套3、第二隔套1、第三隔套20)的外径不相同，则需要分别为每一隔套配套设置一从动轮24，以满足配合要求。当然，如果各隔套的外径相等，则可以仅配置一从动轮24，使得该从动轮24可以分别与每一隔套配合使用。

如果各个隔套的外径不相同，则在测试过程中，完成一输入轴的运转测试后，则需要将第一输入轴33从尾架15上拆下，以将已测试完成输入轴上的从动轮24拆下，而重新安装与待测试输入轴配套的从动轮24。因此，此种情况在测试不同的输入轴时需要拆装尾架15和第一输入轴33，操作复杂。

为了解决该问题，在本实施例中，隔套组件中各隔套的外径相等。从而，仅需要一个满足与隔套外径的配合要求的从动轮24即可。在测试完一输入轴后，由于各隔套的外径相同，因而，仅仅需要将该从动轮24在各隔套进行移动即可，并不需要将第一输入轴33从尾架15上拆装和重新安装。

具体的，从动轮24可拆卸固定在隔套上，具体的，从动轮24与隔套螺纹连接，从而便于从动轮24的拆卸和移动。在本实施例中，如图1所示，从动轮24通过第一螺钉2与隔套(第一隔套3、第二隔套1或第三隔套20)固定连接。

如上所描述，在测试一输入轴的过程中，需要将其他的输入轴固定。在本实施例中，通过设置在底座上的止动架17和设于隔套上的径向螺纹孔来实现输入轴的固定。该径向螺纹孔沿隔套的周向分布，可以是等间距分布，也可以是非等间距分布。进一步的，该径向螺纹孔还可以用于实现隔套与从动轮24之间的螺纹连接。

具体的，止动架17上设有固定平板，该固定平板上设有通孔，螺钉19穿过该通孔与隔套上的径向螺纹孔配合，从而将该隔套所在的输入轴锁定。

在本实施例中，如图3所示，止动架17上用于螺钉19穿过的通孔为沿输入轴的轴线方向分布的腰形孔，将该止动架17上的腰形孔称为第一腰形孔29，通过在第一腰形孔29中移动螺钉19来改变锁定的输入轴。

在本实施例中，如图3所示，止动架17的固定平板(固定平板所在平面为止动架的上表面)与底座的上表面平行，止动架17设于手腕固定架16与尾架15之间，其高度低于工业机器人手腕的输入轴在手腕固定架16上的高度，从而螺钉19从止动架17的下方穿过止动架17上的腰形孔，与隔套上的径向螺纹孔配合，以锁定对应的输入轴。例如图3所示，在运转测试第二输入轴32时，用两螺钉19分别与第一隔套3上的径向螺纹孔和第三隔套20上的径向螺纹孔配合，将第一输入轴33和第三输入轴31锁定。

在另一实施例中，止动架17的固定平板高于输入轴在手腕固定架16上的高度，从而，螺钉19从止动架17的上方穿过止动架17上的通孔，并与隔套上的径向螺纹孔配合。

在其他实施例中，止动架17的固定平板还可以竖直板，止动架17与电机固定架11分居工业机器人的输入轴两侧。当然，以上仅仅是示例性举例，在指定架的设置位置可以根据实际需要选取，只要保障螺钉19穿过止动架17后可以与隔套上的径向螺纹孔配合即可。

进一步的，测试装置还包括电机固定架11，电机7固定在电机7固定架11上，电机7通过链传动驱动从动轮24。具体的，电机7通过第四螺钉8可拆卸固定在电机固定架11上。

具体的，电机7的输出轴13上固定设有主动链轮9，通过链条14连接主动链轮9和从动轮24，形成链传动。可以理解的是，在链传动的情况下，从动轮24也是链轮，其作为从动链轮。

在其他实施例中，电机还可以通过皮带传动驱动从动轮，在此情况下，电机的输出轴13上的主动轮为皮带轮，从动轮24也为皮带轮。

在本实施例中，电机固定架11、手腕固定架16和尾架15上均设有腰形孔且均与底座螺纹连接，通过该腰形孔对应调节电机固定架11、手腕固定架16和尾架15在底座上的固定位置。

具体的，如图4所示，手腕固定架16上设有延伸方向与输入轴轴线方向平行的第二腰形孔27和延伸方向与第二腰形孔27的延伸防线垂直的第三腰形孔28。对应的，如图3所示，尾架15上设有延伸方向与第三腰形孔28延伸方向相同的第四腰形孔30。

如图4所示，电机固定架11上设有延伸方向与电机的输出轴13轴线方向平行的第五腰形孔26。

在安装手腕固定架16、尾架15、电机固定架11的过程中，通过第二腰形孔27来调节手腕固定架16与尾架15之间的距离；通过手腕固定架16上的第三腰形孔28和尾架15上的第四腰形孔30来调节手腕固定架16与尾架15的位置，以保证手腕固定架16上的通孔与尾架15上的轴孔的轴线同轴，以保证工业机器人手腕在测试装置上的安装精度。

由于本实施例中电机通过链传动驱动从动轮24，因此，在安装过程中需要保证链条14张紧。具体的，通过电机固定架11上的第五腰形孔26来调节电机的输出轴13与工业机器人手腕的输入轴之间的距离，来保证链条14张紧。

如图4所示，通过手腕固定架16上的第二腰形孔27和第三腰形孔28、尾架15上的第四腰形孔30、电机固定架11上的第五腰形孔26，实现综合调整手腕固定架16与尾架15、手腕固定架16(或尾架15)与电机固定架11之间的相对位置。

当然，本实施例中所示出的第二腰形孔27、第三腰形孔28、第四腰形孔30和第五腰形孔26仅仅是实现手腕固定架16与尾架15、手腕固定架16(或尾架15)与电机固定架11之间的相对位置调整的一种实施方式，不能认为是对本申请使用范围的限制。在其他实施例中，还可以通过在底座与手腕固定架16、尾架15、电机固定架11之间设置导轨来实现位置调整，在此不进行具体限定。

进一步的，如图1所示，测试装置还包括振动加速度计23和温度传感器21，振动加速度计23用于测量在测试过程中工业机器人手腕的振动值，温度传感器21用于测量在测试过程中工业机器人手腕的温度。具体在本实施例中，如图1所示，温度传感器21设于机体22的盖板上，该盖板内侧为啮合的锥齿轮，该振动加速度计23设于手腕固定架16顶面，由于工业机器人手腕固定在手腕固定架16上，手腕固定架16的振动情况可对应反映工业机器人手腕内部中传动部件的振动情况。

在对工业机器人手腕进行测试之前，需要进行将工业机器人手腕安装在测试装置上，具体包括：

第一步：将电机固定架11、手腕固定架16安装在底座上，螺钉保持为不拧紧状态；并将电机固定在电机固定架11上、将小链轮固定在电机的输出轴13上。

第二步：将工业机器人手腕固定在手腕固定架16上，将第一隔套3、第二隔套1和第三隔套20套装在对应的输入轴上，调整工业机器人手腕的姿态为图1所示的姿态。

第三步：将从动轮24固定套装在待测输入轴所在的隔套上，并装在链条14，调整电机固定架11的位置，保证从动轮24和主动轮对齐；

第四步：调整手腕固定架16和电机固定架11的位置，让链条14张紧。

第五步：在底座上安装尾架15，并调整尾架15的位置，以使第一输入轴33的末端与尾架15的轴孔中的轴承配合。

第六步：打开电机抱闸，用手转动从动轮24所在的输入轴，以使该输入轴缓慢转动。在转动过程中，微调电机固定架11、手腕固定架16和尾架15的位置，以保证工业机器人手腕运行顺畅。

之后，将温度传感器21安装在机体22的盖板上，将振动加速度计23安装在手腕固定架16的顶面。

完成上述准备工作后，通过图6所示的流程来进行工业机器人手腕的测试：

步骤610，启动电机，采用正反转结合的方式，先驱动该输入轴慢速运行。一般设定慢速转动时的转速为工业机器人手腕允许最高转速的10％。

步骤620，根据振动加速度计23所采集的振动数据和温度传感器21采集的维度，判断是否存在异常。若没有异常，执行步骤630；如果有异常，则停止测试，重新按照上述第六步中手动转动输入轴并微调的过程；若重新调整后仍有异常，则将工业机器人手腕拆下，重新装配调整。

其中，测试过程中温升不满足设定的温升要求或者振动幅值不满足设定的振动要求均视为异常。

步骤630，慢速运行一段时间后，在工业机器人手腕上加装负载，并提高输入轴的转速，高速运转一段时间。一般调整至工业机器人手腕允许最高速度的80％，继续进行正反转结合运转。观测该期间中温度传感器21和振动加速度计23采集到的数据，若出现异常波动，则停止测试，将工业机器人手腕拆下重新装配调整；若未出现异常波动，则执行步骤640。

步骤640，将从动轮24移动至下一需要测试的输入轴上，并通过止动架17固定其他两输入轴。重复如上步骤610-630进行完成待测输入轴的测试。

步骤650，完成各输入轴的测试后，将工业机器人手腕拆下，用手转动各输入轴，感知工业机器人手腕中齿轮之间的间隙和运转灵活性。

如果间隙变大超过设定的间隙允许范围或者运转灵活性不满足要求，则重新装配并调整工业机器人手腕，并重复上述的安装测试过程。

在一输入轴的运转测试过程中，控制该输入轴慢速运行的时间和高速运行的时间可以根据实际需要进行设定，例如设定低速运转1小时，高速运转1小时，则三个输入轴总共需要运转6小时。

在本实施例中，测试装置还包括保护罩25，如图5所示，该保护罩25用于对工业机器人手腕的输入轴、电机以及二者之间所形成的链传动部分起保护作用。由于一次运转测试过程中，各输入轴的总计运转时间较长，因此，为了避免运转过程中其他物体影响测试过程，通过设置保护罩25来避免测试过程受外界干扰。

一般地，工业机器人手腕需要经过1-2次间隙调整才能达到最佳的运行状态。因此，总的来说，一个工业机器人手腕的运转测试时间较长，为了提高测试效率，可以同时布设多套本申请的测试装置来成批地同时测试多个工业机器人手腕。

通过本申请的测试装置，结合具有工业机器人手腕中包括三个同轴的输入轴的实际情况，通过测试装置中的固定架、与输入轴配合的隔套、以及隔套上的径向螺纹孔，可以实现在一个输入轴的运行测试过程中，来锁定另外两个不需要转动的输入轴，从而，避免因多个输入轴同时转动造成工业机器人手腕运行情况的误判。

而且，在本实施例中，三个隔套的外径相同，从而，一个从动轮可以用于三个输入轴的运行测试，避免了在测试过程中多次拆装尾架，简化了测试过程。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。