专利名称：用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电气自动化、工业机器人领域，尤其涉及一种用于汽 车零部件疲劳测试的仿真测试系统及其控制方法。
背景技术：
目前在国际和国内，在先进的工业生产上，己高度的自动化和广 泛的使用工业机器人，如汽车装配线、显像管生产线、巻烟生产线等， 在这些生产线的机器人工作工位上，机器人能在总控自动系统的程序指 令下，单独精确地、千万次重复地进行着准确的工作。
但是，在实验室用机器人模拟人驾驶汽车的动作来进行测试汽车 零部件的疲劳以及根据测试的要求模拟各种不同的动作来满足测试要 求是绝无仅有的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种用于汽车零部件 疲劳测试的仿真测试系统及其控制方法，它能够在实验室用机器人模拟 人驾驶汽车的动作来进行测试汽车零部件的疲劳以及根据测试的要求 模拟各种不同的动作来满足测试要求。
实现上述目的的技术方案是
本发明之一的一种用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，通 过模拟各种仿真动作来测试汽车零件，其中，它包括一工控机、与所述 的工控机通过PCI总线连接的总线接口卡、伺服控制卡和采样板卡， 还包括与所述的总线接口卡相连的机器人，与所述的伺服控制卡相连的 伺服电机，与所述的采样板卡相连的气缸和采样机构，其中
5所述的工控机上安装有PCI控制卡；
所述的总线接口卡接受来自工控机的通过PCI总线发布的命令， 并且将机器人的状态通过PCI总线反馈给工控机； ' 所述的伺服控制卡实现伺服电机的控制；
所述的采样板卡采集来自采样机构的信号，并且控制气缸的运行;
所述的机器人模拟仿真各种动作来测试汽车零件；
所述的伺服电机实现汽车零部件的控制；
所述的气缸通过调节气缸内的压縮空气的压力来控制气缸的输出
力；
所述的采样机构采集机器人、伺服电机以及气缸的各个模拟量。 上述的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，其中，所述的 采样机构包括拉压力传感器、扭矩传感器以及六维传感器，其中 所述的拉压力传感器检测气缸以及机器人动作产生的力； 所述的扭矩传感器采集伺服电机和机器人旋转动作时产生的扭
矩；
所述的六维传感器检测机器人动作时的三个方向的力和扭矩。
上述的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，其中，所述的 采样板卡包括数据采集卡、A/D卡以及I/0卡。
上述的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，其中，所述的 工控机上运行labview软件平台。
上述的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，其中，所述的 伺服控制卡控制伺服电机的方式包括角度控制和扭矩控制。
本发明之二的一种用如上的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试 系统实现的加力控制方法，根据测试要求控制目标值力，在设定的型变 内加力，其中，它包括以下步骤
步骤S1，设置所需的加力数值L;
步骤S2，设置加力的最大位移Y;
步骤S3，设置加力循环的次数n;
步骤S4，控制机器人按照加力的方向进行移动；步骤S5，判断检测到的加力的最大位移是否小于或等于步骤S2 中设置的加力最大位移Y，
若是，即测量的加力的最大位移小于或等于步骤S2中设置的 加力最大位移Y，则迸入步骤S6;
若否，即测量的加力的最大位移大于步骤S2中设置的加力最
大位移Y，则测试结果为没有通过测试，直接进入步骤S8;
步骤S6，判断力传感器采样的数值是否大于或者等于步骤Sl中所 设置的加力数值L，
若是，即传感器采样的数值大于或者等于步骤S1中所设置的 加力数值L，则进入步骤S7;'
若否，即传感器采样的数值小于步骤S1中所设置的加力数值 L，则返回步骤S4;
步骤S7，判断是否完成一次加力，即判断加力循环次数n减1是 否等于0，
若是，即完成一次加力，则进入步骤S8; 如否，即未完成一次加力，则进入步骤S71;
步骤S71，进行其他测试动作，然后返回步骤S4; 步骤S8，结束测试。
本发明之三的一种用如上的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试 系统实现的位置控制方法，通过测试扭矩来进行测试，其中，它包括以
下步骤
步骤S1'，设置旋转角度a;
步骤S2'，设置旋转过程中的最大扭矩Y'; 步骤S3'，设置加力循环次数n; 步骤S4'，控制机器人进行旋转操作；
步骤S5'，判断检测旋转的扭矩是否小于或者等于步骤S2'中设 置的最大扭矩Y'，
若是，即检测到的旋转的扭矩小于或者等于步骤S2'中设置 的最大扭矩Y，，则进入步骤S6;若否，即检测到的旋转的扭矩大于步骤S2'中设置的最大扭 矩Y'，则测试结果为没有通过测试，直接进入步骤S7';
步骤S6'，判断是否完成一次测试，即判断加力循环次数n减l 是否等于0，
若是，即完成一次加力，则进入步骤S7'; 如否，即未完成一次加力，则进入步骤S61';
歩骤S61'，进行其他测试动作，然后返回步骤S4'; 步骤S7'，结束测试。
本发明的有益效果是本发明通过一个仿真测试系统，在汽车零部
件疲劳测试台，利用机器人模拟人的动作进行测试，具有效率高，操作 简单的优点，系统易于维护和升级。
图1是本发明之一的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统的
结构示意图2是本发明之二的加力控制方法的流程图3是本发明之三的位置控制方法的流程图。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，图中示出了本发明之一的一种用于汽车零部件疲劳测 试的仿真测试系统，通过模拟各种仿真动作来测试汽车零件，它包括一
工控机i、与工控机1通过PCI总线11连接的总线接口卡2、伺服控 制卡3和采样板卡4，还包括与总线接口卡2相连的机器人5，与伺服 控制卡3相连的伺服电机6，与采样板卡4相连的气缸7和采样机构8， 本实施例中，汽车的零件包含有管柱和钥匙，其中
工控机1上安装有PCI控制卡，并且运行labview软件平台； 总线接口卡2接受来自工控机1的通过PCI总线11发布的命令， 并且将机器人5的状态通过PCI总线11反馈给工控机1，本实施例中，总线接口卡2的型号为PCI-DNET;
伺服控制卡3实现伺服电机6的控制，本实施例中，伺服控制卡3 的型号为PCI-7342，它控制伺服电机6的方式包括角度控制和扭矩控 制；
采样板卡4采集来自采样机构8的信号，并且控制气缸7的运行，
它包括数据采集卡(图中未示出)、A/D卡(图中未示出)以及I/0卡 (图中未示出)，数据采集卡的型号为PCI-6220， 1/0卡和A/D卡型号
分别为PCI-6514、 6232，数据采集卡用来采集六维传感器的数值，
A/D,I/0卡的模拟量用来采集传感器的数值，数字量用来采集位置信号，
数字量输出控制电磁阔推动气缸7运行；
机器人5模拟仿真各种动作来测试汽车零件； 伺服电机6实现汽车零部件的控制，用来旋转管柱(图中未示出)
和钥匙(图中未示出)，控制系统采集扭矩传感器(图中未示出)数值，
可以行程一个扭矩的闭环控制，通过采集编码器(图中未示出)的数值
可以形成一个位置控制的闭环；
气缸7通过电磁阀的通断，控制气缸的动作，通过调节气缸内的
压縮空气的压力来控制气缸7的输出力；
采样机构8采集机器人5、伺服电机6以及气缸7的各个模拟量，
采样机构8包括拉压力传感器(图中未示出)、扭矩传感器(图中未示
出)以及六维传感器(图中未示出)，其中
拉压力传感器检测气缸7以及机器人5动作产生的力； 扭矩传感器采集伺服电机6和机器人5旋转动作时产生的扭矩； 六维传感器检测机器人5动作时的三个方向的力和扭矩。 请参阅图2，图中示出了本发明之二的一种采用本发明之一的用于
汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统实现的加力控制方法，根据测试要
求控制目标值力，在设定的型变内加力，它包括以下步骤 步骤S1，设置所需的加力数值L，本实施例中为700N; 步骤S2，设置加力的最大位移Y，本实施例中为15mm; 步骤S3，设置加力循环的次数n，本实施例中位6500;
9步骤S4，控制机器人按照加力的方向进行移动；
步骤S5，判断检测到的加力的最大位移是否小于或等于步骤S2 中设置的加力最大位移Y，
若是，即测量的加力的最大位移小于或等于步骤S2中设置的 加力最大位移Y，则进入步骤S6;
若否，即测量的加力的最大位移大于步骤S2中设置的加力最 大位移Y，则测试结果为没有通过测试，直接进入步骤S8; 步骤S6，判断力传感器采样的数值是否大于或者等于步骤Sl中所 设置的加力数值L，
若是，即传感器采样的数值大于或者等于步骤S1中所设置的 加力数值L，则进入步骤S7;
若否，即传感器采样的数值小于步骤S1中所设置的加力数值 L，则返回步骤S4;
步骤S7，判断是否完成一次加力，即判断加力循环次数n减1是 否等于0，
若是，即完成一次加力，则进入步骤S8; 如否，即未完成一次加力，则进入步骤S71;
步骤S71，进行其他测试动作，然后返回步骤S4; 步骤S8，结束测试。
加力控制时，测试要求控制目标值力，在设定的型变内要加上力， 例如实验测试管上下移动锁紧功能管柱就是采样这种控制方式。
请参阅图3，图中示出了本发明之三的一种用本发明之一的用于汽 车零部件疲劳测试的仿真测试系统实现的位置控制方法，通过测试扭矩
来进行测试，它包括以下步骤
步骤sr ，设置旋转角度a，本实施例中设置为i20。；
步骤S2'，设置旋转过程中的最大扭矩Y'，本实施例中为0.6Nm; 步骤S3'，设置加力循环次数n，本实施例中为6500; 步骤S4'，控制机器人进行旋转操作；
步骤S5'，判断检测旋转的扭矩是否小于或者等于步骤S2'中设置的最大扭矩Y'，
若是，即检测到的旋转的扭矩小于或者等于步骤S2'中设置 的最大扭矩Y，，则进入步骤S6;
若否，即检测到的旋转的扭矩大于步骤S2'中设置的最大扭 矩Y'，则测试结果为没有通过测试，直接进入步骤S7'; 步骤S6'，判断是否完成一次测试，即判断加力循环次数n减l 是否等于0，
若是，即完成一次加力，则进入步骤S7';
如否，即未完成一次加力，则进入步骤S61';
步骤S61'，进行其他测试动作，然后返回步骤S4'; 步骤S7'，结束测试。
位置控制时，在用机器人来转钥匙的实验中用的是位置控制方式， 要求把汽车钥匙从OFF位置转动到RUN，角度为120度，在旋转过程 中要实时检测扭矩，当扭矩超过设定值，实验就停止，说明锁己损坏。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明保护范围的限 制。有关本技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情 况下，还可以作出各种变换或变型，而所有等同的技术方案也应归属 于本发明保护的范畴之内，由各权利要求所限定。
权利要求
1.一种用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，通过模拟各种仿真动作来测试汽车零件，其特征在于，它包括一工控机、与所述的工控机通过PCI总线连接的总线接口卡、伺服控制卡和采样板卡，还包括与所述的总线接口卡相连的机器人，与所述的伺服控制卡相连的伺服电机，与所述的采样板卡相连的气缸和采样机构，其中所述的工控机上安装有PCI控制卡；所述的总线接口卡接受来自工控机的通过PCI总线发布的命令，并且将机器人的状态通过PCI总线反馈给工控机；所述的伺服控制卡实现伺服电机的控制；所述的采样板卡采集来自采样机构的信号，并且控制气缸的运行；所述的机器人模拟仿真各种动作来测试汽车零件；所述的伺服电机实现汽车零部件的控制；所述的气缸通过调节气缸内的压缩空气的压力来控制气缸的输出力；所述的采样机构采集机器人、伺服电机以及气缸的各个模拟量。
2. 根据权利要求1所述的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，其 特征在于，所述的采样机构包括拉压力传感器、扭矩传感器以及六维传感器， 其中所述的拉压力传感器检测气缸以及机器人动作产生的力；所述的扭矩传感器采集伺服电机和机器人旋转动作时产生的扭矩；所述的六维传感器检测机器人动作时的三个方向的力和扭矩。
3. 根据权利要求1或2所述的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统， 其特征在于，所述的采样板卡包括数据采集卡、A/D卡以及I/0卡。
4. 根据权利要求1所述的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，其 特征在于，所述的工控机上运行labview软件平台。
5. 根据权利要求1所述的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统，其 特征在于，所述的伺服控制卡控制伺服电机的方式包括角度控制和扭矩控制。
6. —种用权利要求1的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统实现的加力控制方法，根据测试要求控制目标值力，在设定的型变内加力，其特征在 于，它包括以下步骤步骤S1，设置所需的加力数值L;步骤S2，设置加力的最大位移Y;步骤S3，设置加力循环的次数n;步骤S4，控制机器人按照加力的方向进行移动；步骤S5，判断检测到的加力的最大位移是否小于或等于步骤S2中设置的 加力最大位移Y，若是，即测量的加力的最大位移小于或等于步骤S2中设置的加力最 大位移Y，则进入步骤S6;若否，即测量的加力的最大位移大于步骤S2中设置的加力最大位移 Y，则测试结果为没有通过测试，直接进入步骤S8;步骤S6，判断力传感器采样的数值是否大于或者等于步骤S1中所设置的 加力数值L，若是，即传感器采样的数值大于或者等于步骤S1中所设置的加力数 值L，则进入步骤S7;若否，即传感器采样的数值小于步骤S1中所设置的加力数值L，则 返回步骤S4;步骤S7，判断是否完成一次加力，即判断加力循环次数n减1是否等于0，若是，即完成一次加力，则进入歩骤S8;如否，即未完成一次加力，则进入步骤S71;步骤S71，进行其他测试动作，然后返回步骤S4; 步骤S8，结束测试。
7. —种用权利要求1的用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统实现的位置控制方法，通过测试扭矩来进行测试，其特征在于，它包括以下步骤步骤sr ，设置旋转角度a;步骤S2'，设置旋转过程中的最大扭矩Y';步骤S3，，设置加力循环次数n; 步骤S4'，控制机器人进行旋转操作；步骤S5',判断检测旋转的扭矩是否小于或者等于步骤S2'中设置的最 大扭矩Y，，若是，即检测到的旋转的扭矩小于或者等于步骤S2'中设置的最大扭矩Y'，则进入步骤S6;若否，即检测到的旋转的扭矩大于步骤S2'中设置的最大扭矩Y'，则测试结果为没有通过测试，直接进入步骤S7';步骤S6'，判断是否完成一次测试，即判断加力循环次数n减1是否等于.0， 若是，即完成一次加力，则进入步骤S7'; 如否，即未完成一次加力，则进入步骤S61';步骤S61'，进行其他测试动作，然后返回步骤S4'; 步骤S7'，结束测试。
全文摘要
本发明公开了一种用于汽车零部件疲劳测试的仿真测试系统及其控制方法，通过模拟各种仿真动作来测试汽车零件，系统包括一工控机、与所述的工控机通过PCI总线连接的总线接口卡、伺服控制卡和采样板卡，还包括与所述的总线接口卡相连的机器人，与所述的伺服控制卡相连的伺服电机，与所述的采样板卡相连的气缸和采样机构；方法包括加力控制方法以及位置控制方法。本发明能够在实验室用机器人模拟人驾驶汽车的动作来进行测试汽车零部件的疲劳以及根据测试的要求模拟各种不同的动作来满足测试要求。
文档编号G01M17/007GK101650264SQ20081004164
公开日2010年2月17日 申请日期2008年8月13日 优先权日2008年8月13日
发明者华小龙, 华建强, 鑫 夏, 勤 孙, 明 李 申请人:上海电气自动化设计研究所有限公司