[發(fā)明專利]基于數(shù)字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811375064.4
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109282987A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 閻紹澤;馬東輝;王帥奇;王洋;劉秋平;李巖
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京中技克美諧波傳動股份有限公司
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021;G01M13/025
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種基于數(shù)字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統(tǒng)，包括電機驅(qū)動系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和靜態(tài)加載系統(tǒng)，電機驅(qū)動系統(tǒng)主要包括：伺服電機、諧波減速器和聯(lián)軸器；圖像采集系統(tǒng)主要包括：光源、光束轉(zhuǎn)折器、照相機、照相機升降臺和鏡頭；靜態(tài)加載系統(tǒng)主要包括：轉(zhuǎn)動圓盤、U型支架、階梯軸、砝碼和軸承，首先在待測輪齒端面制備人工散斑，接著用照相機獲取不同嚙合位置處加載前后輪齒端面的嚙合圖像，通過計算待測輪齒發(fā)生的變形和受到的嚙合力，可以得到嚙合過程中待測輪齒嚙合剛度的變化規(guī)律。本發(fā)明不僅適用于不同型號的諧波減速器，而且具有操作簡便、計算高效等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及諧波齒輪傳動測試技術領域，特別涉及基于數(shù)字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統(tǒng)及方法。

背景技術

諧波齒輪傳動是目前工業(yè)機器人和空間機器人中的核心零部件。由于諧波齒輪傳動基于柔輪的連續(xù)彈性變形來實現(xiàn)嚙合傳動，所以嚙合過程中輪齒之間存在非常復雜的非線性力學行為。其中，嚙合剛度的變化是導致系統(tǒng)振動和傳動誤差的主要原因之一。由于傳統(tǒng)的理論和數(shù)值方法均不能準確地預測諧波齒輪傳動嚙合剛度的真實變化規(guī)律，而本領域缺少相應的測試技術，導致現(xiàn)有的諧波齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型不完善，限制了機器人工作精度和可靠性的提升。

現(xiàn)有的實驗技術主要用于測試諧波齒輪傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度，無法測試諧波齒輪傳動嚙合過程中輪齒的嚙合剛度。包括以下專利：一種諧波齒輪減速器嚙合扭轉(zhuǎn)剛度的測量裝置，申請?zhí)枺篊N201610985989.5；一種諧波齒輪減速器嚙合扭轉(zhuǎn)剛度的測量方法，申請?zhí)枺篊N201610985990.8；一種諧波減速器動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度分析裝置與方法，申請?zhí)枺篊N201710756536.X；一種滯回剛度測量裝置，申請?zhí)枺篊N201410820925.0；一種諧波減速器傳動剛度測試方法，申請?zhí)枺篊N201610489051.4；一種應用于諧波減速器的扭轉(zhuǎn)剛度測試機，申請?zhí)枺篊N201520306860.8等。

綜上所述，需要一種諧波齒輪傳動嚙合剛度測試系統(tǒng)及方法來系統(tǒng)地分析嚙合過程中輪齒嚙合剛度的變化規(guī)律，從而實現(xiàn)諧波齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型的精細建模，提高諧波齒輪傳動的傳動性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供基于數(shù)字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統(tǒng)及方法，可以系統(tǒng)地分析嚙合過程中輪齒嚙合剛度的變化規(guī)律，從而實現(xiàn)諧波齒輪傳動系統(tǒng)動力學模型的精細建模，提高諧波齒輪傳動的傳動性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

基于數(shù)字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統(tǒng)，包括設置在光學平臺17上的電機驅(qū)動系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和靜態(tài)加載系統(tǒng)；

所述的電機驅(qū)動系統(tǒng)包括第一聯(lián)軸器13，第一聯(lián)軸器13一端連接伺服電機11，另一端連接諧波減速器14一端，諧波減速器14另一端連接第二聯(lián)軸器16的一端，第二聯(lián)軸器16的另一端連接在靜態(tài)加載系統(tǒng)上；

所述的靜態(tài)加載系統(tǒng)包括與第二聯(lián)軸器16連接的階梯軸34，階梯軸34另一端連接轉(zhuǎn)動圓盤31，所述階梯軸34通過軸承33安裝在U型支架32上，所述的轉(zhuǎn)動圓盤31、U型支架32和階梯軸34軸線重合；

所述的圖像采集系統(tǒng)包括光源21、光束轉(zhuǎn)折器上反射鏡22和照相機27，光束轉(zhuǎn)折器上反射鏡22安裝在光束轉(zhuǎn)折器上反射鏡鏡架23的下端，光束轉(zhuǎn)折器的上反射鏡鏡架23安裝在光束轉(zhuǎn)折器立柱26上，光束轉(zhuǎn)折器下反射鏡24安裝在光束轉(zhuǎn)折器下反射鏡鏡架25的上端，光束轉(zhuǎn)折器下反射鏡鏡架25設置在光束轉(zhuǎn)折器立柱26上，光束轉(zhuǎn)折器下反射鏡24對準所述諧波減速器14的輪齒嚙合區(qū)域，光束轉(zhuǎn)折器上反射鏡22和光束轉(zhuǎn)折器下反射鏡24的光軸重合，照相機27設置在照相機升降臺28上，照相機27與鏡頭29的光軸重合，并通過光束轉(zhuǎn)折器上反射鏡22的圓心，鏡頭29安裝在鏡頭支架210上，光源21平行于所述光學平臺17，并分別從所述光束轉(zhuǎn)折器立柱26的兩側(cè)照射到所述諧波減速器14局部的嚙合區(qū)域。