機器人電纜扭轉測試系統(tǒng)的研發(fā)與設計

摘? 要：該文參考國內機器人電纜的測試系統(tǒng)現(xiàn)狀，依據(jù)中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標準和德國萊茵2PfG 2577機器人系統(tǒng)用電纜標準，設計并研發(fā)新穎的扭轉測試系統(tǒng)（2D扭轉試驗、3D扭轉試驗）。機器人電纜扭轉測試系統(tǒng)的成功研制填補了國內空白，為機器人電纜的產(chǎn)品質量檢測提供了必要的技術支持。同時也會大大降低使用單位的成本投入，產(chǎn)品服務也有了實時精準的售后保障。

關鍵詞：機器人電纜;2D扭轉試驗;3D扭轉試驗

中圖分類號：TP24? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

國際機器人聯(lián)合會（IFR）數(shù)據(jù)顯示，我國近幾年工業(yè)機器人銷量持續(xù)上升，并且在問鼎全球第一后仍保持較好的發(fā)展勢頭。

機器人電纜要求很高，不僅要具有強大的信號和電力輸送能力，同時還應具有較好的耐磨性、耐彎曲性和耐扭轉等特點。機器人的機械壽命試驗一般要連續(xù)進行幾百萬次或者幾千萬次的重復試驗，檢測設備面臨著重要的考驗。王昆[1]、王波[2]等分別從設備研制及性能方面對機器人電纜進行了研究。

我們依據(jù)中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標準和德國萊茵2PfG 2577機器人系統(tǒng)用電纜標準，太陽電線（東莞）有限公司[3]、杭州首航實業(yè)有限公司[4]、上海翡葉動力科技有限公司[5]分別研制了機器人電纜測試設備。我們采用四點新穎的想法設計并研發(fā)扭轉測試系統(tǒng)（2D扭轉試驗、3D扭轉試驗）。該扭轉測試系統(tǒng)的成功研制填補了機器人電纜檢測系統(tǒng)的空白，為機器人電纜的產(chǎn)品質量檢測提供必要的技術支持。

1 機器人電纜測試系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

根據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）的調研數(shù)據(jù)，目前德國、美國、韓國、日本將機器人的信號傳輸視為“血脈”，機器人用電纜附件已經(jīng)有了成熟的檢驗標準和測試儀器。

機器人生產(chǎn)企業(yè)在中國發(fā)展迅猛，機器人電纜組件的檢測設備面臨著重要考驗。根據(jù)調研結果顯示，我國機器人電纜檢測系統(tǒng)都是依賴進口的，采購該類進口檢測設備不僅價格昂貴，而且售后服務不能得到有效保障，因此使得國內測試機構和企業(yè)望而卻步。針對國內目前空白的現(xiàn)狀，該單位與合作單位聯(lián)合研發(fā)“工業(yè)機器人電纜扭轉系統(tǒng)”項目，能夠同時滿足中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標準和德國萊茵機器人系統(tǒng)用電纜標準。

2 創(chuàng)新點

我們分別從以下4個創(chuàng)新點設計并研發(fā)扭轉測試系統(tǒng)（2D扭轉試驗、3D扭轉試驗）。1）開發(fā)計算機專用控制程序對多個試樣進行多路檢測信號采集，能實時顯示試樣的往復次數(shù)、導通狀況等數(shù)據(jù)。2）設計測試液晶屏內嵌式自動滑道，能在有效保護液晶屏的同時，提高儀器外觀的整潔美觀性。3）改變傳統(tǒng)的螺旋式夾具結構，改為彈簧式自緊結構，夾持試樣美觀且實用。4）設計高強度直線導軌往返系統(tǒng)，可以與伺服馬達配套組裝。

3 系統(tǒng)方案設計

3.1 2D扭轉試驗測量要求

取試樣每段長度1 m，將試樣固定在試驗機上，固定距離1 000 mm（可調），試樣的扭轉角度為90°或180°。固定試樣的轉子以60 次/min的速度轉動。試驗一個周期次數(shù)：5 000 000次循環(huán)。

3.1.1 性能特點

性能特點有9個。1）機器為人機系統(tǒng)全自動控制，采用人機交互方式，可顯示試樣的往復次數(shù)、導通狀況等數(shù)據(jù)。根據(jù)試樣故障次數(shù)，可以分析樣品特性。2）設備采用同步帶模組傳動，由轉子帶動試樣以60 次/min的速度旋轉測試。3）使用伺服馬達驅動，控制精準，動力傳動系統(tǒng)平穩(wěn)、可靠。4）全鋁材組裝自由移動工作臺，可適用各種不同長度的試樣。5）試樣固定距離0 mm～1 000 mm。6）轉子轉動角度：0°～360°可調。7）一體式結構，可同時做3組試樣，每組可獨立進行信號檢測。8）可對每組試樣施加24 V的安全電壓，樣品斷路后有報警功能，并保持試驗數(shù)據(jù)。9）記錄運行次數(shù)999 999 999次，具有斷電保存功能?？蓽蚀_記錄每組試樣的扭轉次數(shù)、故障狀態(tài)信息。

3.1.2 項目研發(fā)設計簡圖說明

3.2 3D扭轉試驗測量要求

取試樣每段長度0.6 m，將試樣固定在試驗機上，上端的扭轉角度為左右90°，下端的扭轉角度為左右180°。固定試樣的轉子以30次/min的速度轉動;試驗一個周期次數(shù)：5 000 000次。

3.2.1 性能特點

性能特點有7個。1）控制方式為人機系統(tǒng)全自動控制，采用人機交互方式，可顯示試樣的往復次數(shù)、導通狀況等數(shù)據(jù)。根據(jù)試樣故障次數(shù)，可以分析樣品特性。2）設備采用同步帶模組傳動，由轉子帶動試樣上下以30 次/min的速度做90°和180°3D模式彎曲測試。3）使用伺服馬達驅動，控制精準，動力傳動系統(tǒng)平穩(wěn)、可靠。4）上下轉子彎曲角度：0°～360°可調。5）一體式結構，可同時做3個試樣，每組可獨立進行信號檢測。6）可對每組試樣施加24 V的安全電壓，樣品斷路后有報警功能，并保持試驗數(shù)據(jù)。7）記錄運行次數(shù)999 999 999次，具有斷電保存功能。可準確記錄每組試樣的扭轉次數(shù)、故障狀態(tài)信息。

3.2.2 項目研發(fā)設計簡圖說明

項目研發(fā)設計簡圖說明如圖2所示。

4 系統(tǒng)測試結果

根據(jù)機器人電纜測試環(huán)境和要求，選取相應的的樣品進行2D扭轉試驗（樣品規(guī)格為4×0.75 mm2）和3D扭轉試驗（樣品規(guī)格為4×1 mm2，試樣外徑為7.5 mm），測量結果見表1和表2。

5 結論

機器人電纜的扭轉測試系統(tǒng)的成功研制填補了機器人電纜檢測系統(tǒng)的國內空白，保證了機器人電纜生產(chǎn)企業(yè)的質量，同時也會大大降低使用單位的成本投入，產(chǎn)品服務也有了實時精準的售后保障。通過理論分析和實驗驗證，機器人扭轉測試系統(tǒng)獲得良好的測試效果，在電線電纜行業(yè)具有一定的應用價值。

參考文獻

[1]王昆.機器人用柔性電纜的研發(fā)和性能驗證[J].電線電纜，2019（6）：18-21，44.

[2]王波.機器人在未來工廠：電纜廠商的機遇和挑戰(zhàn)[J].農業(yè)機械，2018（6）：118-119.

[3]太陽電線（東莞）有限公司.一種電線電纜彎曲試驗機：中國，CN206583727U[P].2017-03-14

[4]杭州首航實業(yè)有限公司.一種自動化控制扭轉彎曲試驗機：中國，CN103353392A[P].2013-06-08

[5]上海翡葉動力科技有限公司.工業(yè)機器人用伺服電機測試系統(tǒng)：中國，CN105334459A[P].2015-11-24.