一種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器扭振提取與分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器扭振提取 與分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在各類回轉(zhuǎn)機(jī)械中，軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是重要的振動(dòng)形式之一。軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的產(chǎn) 生原因有很多種，如軸系的負(fù)載扭矩的變化或者動(dòng)力系統(tǒng)工況的突然變化W及系統(tǒng)零部件 的一些損傷和故障等都會(huì)激起軸系的扭振。扭振產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致軸的疲勞甚至損壞。 扭振對(duì)軸及軸上零件的危害在振動(dòng)的初期表現(xiàn)得并不明顯，但是隨著扭振的交變應(yīng)力的 長(zhǎng)時(shí)間作用，不斷累積，就可能造成軸的疲勞損壞，從而產(chǎn)生突發(fā)的破壞事故。對(duì)于汽輪發(fā) 電機(jī)組運(yùn)類大型回轉(zhuǎn)機(jī)械，扭振的危害是非常嚴(yán)重的，其表現(xiàn)之一是機(jī)組的次同步振蕩；對(duì) 于機(jī)床，其傳動(dòng)鏈軸系發(fā)生嚴(yán)重扭振時(shí)，會(huì)破壞加工精度；對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)，曲軸受到周期性的 扭振作用，可能產(chǎn)生疲勞斷裂，造成不可估量的破壞。
[0003] 對(duì)于工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)不僅可W反映出其內(nèi)部零部件的運(yùn)行狀 態(tài)，同時(shí)也是工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂進(jìn)行正確且平穩(wěn)地輪廓控制的重要特性。
[0004] 傳統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試方法有貼應(yīng)變片法、安裝加速度計(jì)法、齒測(cè)法。貼應(yīng)變片和安 裝加速度計(jì)屬于接觸式測(cè)量，需要對(duì)軸系結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的改造，如為保證加速度計(jì)切向布 置而進(jìn)行的結(jié)構(gòu)調(diào)整、安裝集流環(huán)等，使軸系的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還對(duì)測(cè)試 結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。對(duì)于齒測(cè)法，被測(cè)軸上的等分齒形結(jié)構(gòu)一般齒數(shù)較少，軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周 獲得的脈沖數(shù)也較少，不能測(cè)得小幅值的扭振，而且在低轉(zhuǎn)速時(shí)，運(yùn)種缺陷尤為明顯。
[0005] 工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器傳動(dòng)比大（可達(dá)200左右），輸出轉(zhuǎn)速非常低（15巧mW 下），同時(shí)其扭轉(zhuǎn)剛度大，扭振幅值低。目前的測(cè)試方法不適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器低轉(zhuǎn) 頻、小扭振幅值的測(cè)試需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速 器扭振提取與分析方法，能夠?qū)Φ娃D(zhuǎn)速、小振幅的扭振進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)能夠基本保證等采樣 頻率采樣，降低變采樣頻率產(chǎn)生的影響。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0008] -種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器扭振提取與分析方法，包括W下步驟：
[0009] 1)、通過(guò)光柵角度編碼器獲得瞬時(shí)轉(zhuǎn)角：用計(jì)數(shù)器對(duì)光柵角度編碼器的方波信號(hào) 進(jìn)行計(jì)數(shù)，W采樣頻率f讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，
[0010] 則讀數(shù)周期at為：
[0011] A:r'=爭(zhēng)，
[0012] 第i次讀取計(jì)數(shù)器的數(shù)值時(shí)獲得的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角巧為：
[0013] '常f.=.Kf按
[0014] 式中：Ki--第i次讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，
[0015] P-一光柵角度編碼器的分辨率，
[0016] 2)、通過(guò)瞬時(shí)轉(zhuǎn)角計(jì)算瞬時(shí)轉(zhuǎn)速：第i次讀取計(jì)數(shù)器的數(shù)值時(shí)獲得的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速《 1 為：
[0017]
[001引式中：Ki1 一一第i-1次讀取計(jì)數(shù)器中的時(shí)間值，
[001引 AT--計(jì)數(shù)器的讀數(shù)周期，
[0020] f--采樣頻率，
[0021] 3)、觀測(cè)轉(zhuǎn)速是否穩(wěn)定，不穩(wěn)定則繼續(xù)觀測(cè)，直至穩(wěn)定則開(kāi)始數(shù)據(jù)采集；
[002引 4)、數(shù)據(jù)采集：
[0023] 4. 1)W光柵角度編碼器Z相脈沖觸發(fā)計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器，使計(jì)數(shù)器置零并對(duì)光柵角 度編碼器的信號(hào)開(kāi)始計(jì)數(shù)，使計(jì)時(shí)器置零并開(kāi)始計(jì)時(shí)；
[0024] 4. 2)W固定的讀數(shù)周期AT讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值；
[00巧]4. 3)等光柵角度編碼器下一個(gè)Z相脈沖觸發(fā)計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器時(shí)，讀取計(jì)數(shù)器中的 數(shù)值并置零，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)；讀取計(jì)時(shí)器中的時(shí)間值并置零重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，
[0026] 則有一轉(zhuǎn)內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速?zèng)鰹椋?br>[0027]
[0028] 式中：K一一一轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，
[0029] t-一一轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)時(shí)器中的時(shí)間值，
[0030] P一一光柵角度編碼器的分辨率，
[0031] 5)、根據(jù)步驟4)中讀取的計(jì)數(shù)器的數(shù)值和計(jì)時(shí)器的時(shí)間值，通過(guò)分析獲得瞬時(shí)扭 轉(zhuǎn)角，
[0032] 在第i-1次讀數(shù)與第i次讀數(shù)之間的扭轉(zhuǎn)角：
[0033]
[0034] 式中：0 1-一在第i-1次讀數(shù)與第i次讀數(shù)之間的扭轉(zhuǎn)角，
[0035] ? 1-一第i次讀取計(jì)數(shù)器的數(shù)值時(shí)獲得的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，
[0036] 涼--一轉(zhuǎn)內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速，
[0037] AT一一計(jì)數(shù)器的讀數(shù)周期，
[0038] f--義樣頻率，
[0039] K,一一第i次讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，
[0040] Ki1-一第i-1次讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，
[00川貝賄第i次讀數(shù)時(shí)的瞬時(shí)扭轉(zhuǎn)角0a)為： (K<,。
[004引 、 /
[004引式中：0 (i)--第i-1次讀數(shù)與第i次讀數(shù)之間的扭轉(zhuǎn)角，
[0044] Ki一一第i次讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，
[0045] K一一一轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，
[0046]P一一光柵角度編碼器的分辨率，
[0047] t--轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)的時(shí)間，
[0048] i-讀數(shù)次數(shù)，
[0049]6)、根據(jù)步驟5)中獲得的瞬時(shí)扭轉(zhuǎn)角，繪制時(shí)間-瞬時(shí)扭轉(zhuǎn)角曲線；
[0050] 7)、對(duì)步驟6)中獲得時(shí)間-瞬時(shí)扭轉(zhuǎn)角曲線進(jìn)行整轉(zhuǎn)截?cái)啵?br>[0051]8)、對(duì)步驟7)獲得的整轉(zhuǎn)截?cái)嗟臅r(shí)間-瞬時(shí)扭轉(zhuǎn)角曲線進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換，獲得扭振 的頻域特性，進(jìn)而得到扭振幅值。
[0052] 所述的光柵角度編碼器每轉(zhuǎn)360000個(gè)脈沖，通過(guò)四倍頻計(jì)數(shù)，角度分辨率可達(dá) 0. 9角秒。
[0053] 本發(fā)明的有益效果為：
[0054] 本發(fā)明通過(guò)光柵角度編碼器直接讀取計(jì)數(shù)器和計(jì)時(shí)器的值，通過(guò)分析獲得瞬時(shí)扭 轉(zhuǎn)角曲線，進(jìn)而得到扭振的扭角幅值，不需要改造軸系結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Φ娃D(zhuǎn)速、小振幅的扭振 進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)能夠基本保證等采樣頻率采樣，降低變采樣頻率產(chǎn)生的影響。
【附圖說(shuō)明】
[00巧]附圖為本發(fā)明方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0057] 參照附圖，一種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器扭振提取與分析方法，包括W下步驟：
[0058] 1)、通過(guò)光柵角度編碼器獲得瞬時(shí)轉(zhuǎn)角：用計(jì)數(shù)器對(duì)光柵角度編碼器的方波信號(hào) 進(jìn)行計(jì)數(shù)，W采樣頻率f讀取計(jì)數(shù)器中的數(shù)值，
[0059] 則讀數(shù)周期at為：
[0060] A7