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1、机器人梱测中心 2016年5月9日 机器人伺服电机检测技术及装备 技术交流 2 目录 CONTENTS 1 机器人伺服电机发展趋势 2 机器人伺服电机梱测标准及项目 3 伺服电机梱测整体解决方案 3 机器人核心零部件 机器人的核心零部件主要包括：整机控制器、减速机、伺服电机系统，整机控制器、减速机、伺服电机系统，三者 的性能决定了机器人的最终性能。 整机控制器 减速机 伺服电机工业机器人 伺服电机分类 4 常见的伺服电机根据驱动原理可分为：步进电机、永磁同步伺服电机、直线 电机、直驱电机等，其中在工业机器人上应用最广泛的是永磁同步伺服电机永磁同步伺服电机。 永磁同步伺服永磁同步伺服 步进电机
2、直线电机 直驱电机 伺服电机行业现状 5 当前伺服电机行业主要被国外知名品牌垄断，尤其在高端数控及机器人行业， 更是日本、德国、美国等知名品牌占据主导地位。 日系品牌： 安川、三菱、松下、三洋、富士 欧美系品牌： Siemens、 Kollmogen 、Lenze、Schneider 台系品牌： 台达、东元 国产品牌： 广数、华数、埃斯顿、卧龙 国内外伺服电机主要性能区别 6 国内品牌的伺服电机目前尚处于发展阶段，在电机基本参数上与国外品牌的 差别不大，更主要的性能区别则体现在伺服控制性能差异上区别则体现在伺服控制性能差异上。 VS 进口伺服系统 国产伺服系统 1kHz以上响应频率/带宽300
3、Hz以下 3.5倍过载能力3倍以内 8000rpm峰值转速5000rpm 0.001mm重复定位精度0.05mm 0.01%速度波动率0.1% 1%转矩控制精度5% 35倍惯量适应范围指标缺失 国内机器人伺服电机发展情况 7 随着智能制造和工业4.0理念的普及，越来越多的伺服电机厂家将目光投向 了工业机器人伺服市场，进行产品升级和转型，预计“十三五”间将是国内机 器人伺服行业起步和高速发展的阶段。 关注传统伺服 数控应用，主 打方向为低端 日系伺服市场 的替代 关注工业机器人、 高端数控机床等 应用，开始进入 工业机器人市场 为工业领域用户提 供机器人产线、高 端数控机床等高级 数控装备，实现
4、智 能制造“国产化” 20052015 20152020 20202025 高速，高转矩 ，高功率密度 高精度 高响应 高集成 高智能 国内机器人伺服电机发展趋势 8 为实现在2025年的智能制造“国产化”，国产机器人伺服电机需要在以下两 方面实现突破，所以，这两方面也是我们将来伺服电机检测的主要突破方向。 伺服电机性能 电机效率、控制器效率及系统效率 过载能力、峰值性能 惯量大小及惯量适应范围 转速、转矩波动 伺服系统控制性能伺服系统控制性能 频率响应带宽 转速、转矩、位置控制精度 转速、转矩、位置控制响应时间 9 目录 CONTENTS 1 机器人伺服电机发展趋势 2 机器人伺服电机梱测标
5、准及项目 3 伺服电机梱测整体解决方案 机器人伺服电机检测标准 10 参考标准： GB 755-2008 旋转电机 定额和性能 GB/T 16439-2009交流伺服系统通用技术条件 GB/T 30549-2014交流永磁伺服电机通用技术条件 GB/T 7345-2008 控制电机基本技术要求 GB/T 12350-2009 小功率电动机的安全要求 GB/T 14817-2008 永磁式直流伺服电动机 通用技术条件 目前机器人伺服电机没有对应的国标试验标准，故需要依据伺服电机的行业标准 进行试验方案的定义。 JB/T 10184-2014 交流伺服驱动器 通用技术条件 JB/T 11991-2
6、014工业机械数字控制系统用交流伺服电动机 GB/T 14819-2008 电磁式直流伺服电动机 通用技术条件 JB/T 5867-2004空心杯电枢永磁直流伺服电动机通用技术条件 JB/T 5868-2004印制绕组直流伺服电动机 通用技术条件 JB/T 5866-2004宽调速永磁直流伺服电动机通用技术条件 GB/T 22669-2008 三相永磁同步电动机试验方法 机器人伺服电机检测项目 11 常规试验项目 1.负载特性测试 2.T-N 曲线 3.空载测试 4.B法效率 5.温升测试 6.正反转速差 7.连续堵转数据 8.峰值堵转数据 9.工作区. 10. 反电动势常数 11. 电气时间
7、常数 12. 热阻和热时间常数 13. 超速 14. 电流过载倍数 15. 过载测试 16. 静态刚度试验 控制精度相关试验 1.转速波动 2.转矩波动 3.转速调整率试验 4.位置跟踪误差 控制响应相关试验 1.转速变化时间响应 2.转矩变化时间响应 3.机电时间常数 4.频带宽度试验 其它试验 1.齿槽转矩 2.静摩擦力矩 3.磁稳定性 4.惯量适应范围 12 目录 CONTENTS 1 机器人伺服电机发展趋势 2 机器人伺服电机梱测标准及项目 3 伺服电机梱测整体解决方案 传统电机测试系统整体方案架构 13 传统测功机（磁粉、磁滞、电涡流），负载只能控制转矩输出，被测电机直接接电网（无驱
8、动 器或变频器），转速也是固定的额定转速。因此，无法满足机器人伺服电机的试验 需求。 同步转速固定同步转速固定可调转矩模式可调转矩模式 被测电机 转速扭矩 传感器 负载 电网 传统电机测试系统存在的问题 14 问题1 丨 加载、测试响应慢，只能满足稳态测试需要， 无法实现瞬态参数测量。 问题2 丨 仅支持三相电信号测量，无法实现对电机及 电机驱动器的系统性联调测试。 问题3 丨 精度与带宽不足，无法满足电机变频控制PWM 信号的测试需要。 问题4 丨 电参数测试方面且不具备分析功能，无法对 谐波、不平衡度等参数进行测量。 被测电机可控的对拖型电机测试系统 15 对拖测功机（负载为电机），负载能
9、控制转矩输出及转速输出，被测电机可以工作在转速模式 或转矩模式，负载电机也可以工作在转速模式或转矩模式，同时负载吸收的能量可以反馈给电网。 可基于此平台开展任意的伺服电机工况模拟仿真试验，满足机器人伺服电机的行业化测试需求。 转速转速/转矩模式转矩模式 可设置可设置 被测电机 转速扭矩 传感器 负载电机 伺服控制器 电网 伺服控制器 转速转速/转矩模式转矩模式 可设置可设置 伺服电机测量趋势：混合测量 16 整个电机行业是趋向机电一体化的方向发展的，在设计伺服电机时需要考虑驱动器的控制设计， 在设计驱动器时需要考虑伺服电机的响应和运行特性，这一切都指向了一个新的测试需求： 电机驱动系统 全面分
10、析 性能特性 （效率、电机特性曲线） 控制特性 （瞬态波形、响应时间） 电机与驱动器 同步测量 混合测量 混合测量（MPT）：即同时实现对电机性能特性和控制特性的综合性测量。 电机混合测量解决方案架构 17 自由加载 引擎 电机的瞬态特性 波形与响应时间 MPT方案架构 测功试验台 电机性能分析 电机与驱动器 性能特性 电机与驱动器 控制特性 功率分析仪 驱动器性能分析 机器人伺服电机MPT测试系统架构 18 测量 控制柜 电气柜 电机测功试验台架 齿槽转矩试验台架 直流电源 单相交流电源 三相交流电源 供电电源 机器人伺服电机MPT测试系统一般由测量控制柜、电气柜、电机测功试验台架、齿槽转矩
11、试验台架 、供电电源等几部分组成。其中测功试验台和齿槽转矩试验台均需根据被测对象选择合适的型号。 MPT测试系统控制柜介绍 19 MPT测量控制柜的主要组成部件为工控机、功率分析仪及自由加载引擎。其中自由加载引擎及 功率分析仪是伺服电机测试过程中最核心的控制及数据采集设备。 整个系统相比传统测功机集成度更 高，可进行更丰富的试验功能，且 用户可以远程对系统进行控制。 系统支持三维可调及固定工装等多 种被试电机安装方式。平台上的所 有设备部件均采用导轨式安装。 功率分析仪 自由加载引擎 自由加载引擎 工控机 自由加载引擎 20 针对伺服电机的瞬态波形记录和复杂工况模拟加载应用，借助于自由加载引擎
12、技术，可以实现 电机测试过程中的任意负载曲线加载和波形测量，满足行电机的瞬态特性和响应性能的测试需求。 转速控制精度：0.15% 转速测量精度：0.1% 转速PID调节时间： 10ms 转矩控制精度：1% 转矩测量精度：0.5% 转矩PID调节时间： 50ms 数据实时波形记录 加载波形：阶跃，方波，梯 形波，正弦波 自由加载引擎：控制架构 21 电机控制模块电机控制模块 正负10V模拟输 出2路+D0 2路 差分脉冲输 出，位置控制 CANbus DS402 协议 正负10V模拟输 出2路+D0 2路 差分脉冲输 出，位置控制 CANbus DS402 协议 PID模块PID模块 转速、转矩
13、、 角度测量模块 转速扭矩角度传感 器输入 （与电机卡相同） 千兆以太网通 信模块 工控机 同步触发 信号输出 针对伺服电机的瞬态波形记录和复杂工况模拟加载应用，借助于自由加载引擎技术，可以实现 电机测试过程中的任意负载曲线加载和波形测量，满足行电机的瞬态特性和响应性能的测试需求。 被测电机被测电机负载电机负载电机 MPT测试系统整体架构方案 22 负载电机 扭矩转速 传感器 功率 分析仪 负载 驱动器 自由加 载引擎 位同步 信号 控制 信号 工控机 电机 驱动器 被测电机 位同步 信号 控制 信号 PIDPID 录波数据 上传 针对伺服电机的瞬态波形记录和复杂工况模拟加载应用，借助于自由加载引擎技术，可以实现 电机测试过程中的任意负载曲线加载和波形测量，满足行电机的瞬态特性和响应性能的测试需求。 23 谢谢！ 23
