一、應用場景?

在原應用場景基礎上，新增特殊工業機器人傳動性能測試場景。工業機器人（尤其是特種機器人）的傳動機構（如關節減速器、諧波驅動器、行星齒輪箱）需在高頻動態響應、變負載精準控制、極端環境適應性下運行，本試驗機可針對性模擬以下工況：

重載工業機器人（如汽車焊裝線、鋼鐵廠搬運機器人）

模擬搬運超重工件（負載5-50噸）時的沖擊載荷（峰值扭矩達額定值3-5倍）、啟停慣性力矩（加速度10-20rad/s²），驗證RV減速器/行星齒輪箱的齒面接觸強度與抗沖擊壽命。

高速工業機器人（如3C電子裝配、食品包裝分揀機器人）

復現高頻往復運動（每分鐘60-120次啟停）、高速換向（轉速3000-6000rpm）下的動態扭矩波動（脈寬0.05-0.5s），考核諧波減速器柔輪的疲勞壽命與背隙穩定性（要求≤1arcmin）。

協作工業機器人（如醫療手術輔助、人機共線裝配機器人）

模擬與人近距離交互時的力反饋控制（力矩精度±0.1N·m）、碰撞沖擊（接觸力50-200N），驗證關節模組的低剛性阻尼特性與安全停機響應（碰撞后50ms內力矩歸零）。

極端環境工業機器人（如鑄造車間高溫機器人、半導體潔凈室機器人、防爆巡檢機器人）

高溫環境（80-150℃）下測試潤滑失效（油脂碳化）對傳動效率的影響；

潔凈室環境（Class 1000級無塵）模擬粉塵侵入（粒徑≤5μm）導致的齒輪磨損；

防爆環境（Ex d IIB T4）驗證傳動機構的密封性能（IP67）與火花抑制設計。

特種作業機器人（如核工業檢修機器人、深海探測機器人）

模擬輻射環境（累計劑量100kGy）下的材料脆化效應、深海高壓（10MPa）下的密封泄漏風險，考核傳動機構的極端環境耐久性。

二、適用范圍
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在原適用范圍基礎上，細化工業機器人傳動測試的適配性：

1. 傳動類型（新增工業機器人專用類型）?

精密減速器：諧波減速器（傳動比1:30-1:320，背隙≤1arcsec）、RV減速器（傳動比1:50-1:200，扭轉剛度≥100N·m/arcmin）、精密行星齒輪箱（傳動比1:3-1:100，效率≥95%）；

關節模組：集成電機-減速器-編碼器的模塊化關節（輸出扭矩5-1000N·m，重復定位精度±0.01mm）；

直線傳動：滾珠絲杠（導程5-20mm，定位精度±0.005mm）、同步帶直線模組（行程0-2000mm，速度0-2m/s）。

2. 被測對象尺寸（適配機器人關節特點）?

小型關節：輸入/輸出軸距100-500mm，中心高50-200mm，最大重量50kg（如協作機器人關節）；

中型關節：輸入/輸出軸距500-1500mm，中心高200-400mm，最大重量500kg（如SCARA機器人臂部傳動）；

大型關節：輸入/輸出軸距1500-3000mm，中心高400-800mm，最大重量1噸（如重載機器人腰部關節）。

3. 動力匹配（強化高精度與動態響應）?

驅動系統：兼容直驅力矩電機（峰值扭矩500N·m，轉速0-3000rpm，定位精度±0.001°）、伺服電機+精密減速器（背隙≤5arcsec），支持多關節聯動（最多8軸同步控制）；

加載系統：新增高精度伺服電動缸（推力±50kN，位移精度±0.01mm），模擬機器人關節的位置-力矩復合加載（如協作機器人的阻抗控制）。

4. 極端工況覆蓋（聚焦機器人特殊需求）?

動態載荷：高頻交變扭矩（頻率5-200Hz，幅值±200%額定扭矩）、變負載突變（0.1s內負載從10%躍升至100%）；

精度相關：背隙測試（正反旋轉切換時的空程誤差）、剛度測試（加載力與位移的線性關系）、重復定位精度（連續100次定位誤差≤±0.005mm）

環境適應性：潔凈度（ISO Class 5級無塵模擬）、防爆（甲烷/氫氣混合氣體環境）、輻射（γ射線輻照累積劑量100kGy）；

壽命相關：連續運行壽命（24小時不間斷，累計運行10000小時）、啟停次數（≥100萬次）。

三、核心技術參數（補充機器人測試相關指標）?

四、結構特征（補充機器人測試專用模塊）?

機器人關節專用夾具?

模塊化快換接口：適配主流品牌關節（如ABB IRB 6700、發那科M-20iA），支持諧波/RV減速器、行星齒輪箱的快速裝夾（對中精度≤0.02mm）；

多軸聯動平臺：配置3自由度（X/Y/Z平移+旋轉）調整機構，模擬機器人手臂的空間姿態變化（如肩關節-肘關節聯動）。

高精度測量子系統?

背隙測試儀：激光干涉儀（雷尼紹XL-80）+ 角度編碼器（多摩川TS5667N12），測量正反旋轉切換時的空程誤差；

剛度測試模塊：伺服電動缸+力傳感器（HBM U9C），通過分級加載繪制“力矩-變形”曲線，計算扭轉剛度；

熱成像監測：紅外熱像儀（FLIR A700）實時監測減速器殼體溫度分布（精度±0.5℃），分析熱致變形對傳動精度的影響。

協作機器人安全測試單元?

碰撞力傳感器陣列：安裝在被測關節輸出端，測量碰撞時的三維力/力矩（量程±500N/±50N·m，分辨率0.1N/0.01N·m）；

安全停機邏輯：觸發碰撞閾值（如接觸力＞100N）后，50ms內切斷驅動電源并鎖定關節。

五、控制系統

機器人運動學集成?

支持導入機器人DH參數（Denavit-Hartenberg），自動生成關節運動軌跡（如圓弧插補、直線插補）；

多軸同步控制：通過EtherCAT總線實現8軸聯動，軌跡跟蹤誤差≤±0.02°（參考軌跡由MATLAB Robotics Toolbox生成）。

專用測試算法?

背隙測試算法：正反旋轉切換時，記錄扭矩歸零點的角度差，計算空程誤差；

剛度辨識算法：基于最小二乘法擬合“力矩-轉角”數據，分離彈性變形與傳動誤差；

力控精度評估：對比指令力矩與實際反饋力矩的頻域特性（FFT分析），計算相位滯后與幅值誤差。

六、功能描述（補充機器人專項測試功能）?

機器人關節基礎性能測試?

靜態特性：額定扭矩下的效率（輸入/輸出功率比）、空載回差、啟動轉矩；

動態特性：階躍響應超調量（≤5%）、頻率響應帶寬（≥100Hz）、共振點抑制（通過陷波濾波器）。

機器人關節專項測試?

壽命加速試驗：按ISO 9283標準，模擬10年工況（等效啟停10萬次+連續運行5000小時），預測剩余壽命；

熱穩定性測試：滿負載運行2小時后，測量傳動精度衰減（重復定位誤差≤±0.01mm）；

故障注入測試：模擬減速器斷齒、軸承點蝕、潤滑不足（油膜厚度＜10μm），驗證故障診斷算法（如振動信號的小波包分解）。

七、安全機制（補充機器人測試特殊防護）?

協作機器人碰撞防護?

雙重安全回路：硬件層面通過碰撞力傳感器直接切斷電源，軟件層面通過PLC監控力矩閾值（＞100N·m時停機）；

安全區域劃分：激光掃描儀（SICK S3000）實時監測人員位置，進入危險區域（半徑0.5m）時自動降速至10%額定速度。

高速運動防護?

透明防爆罩（聚碳酸酯材質，厚度15mm）+ 聯鎖開關（開門即停機）；

緊急制動按鈕（雙手操作，間距＞0.5m），觸發后5ms內完成制動（減速度≤5m/s²，避免二次沖擊）。