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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CONTENTS1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，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。永磁同步伺服步进电机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。VS进口伺服系统国产伺服系统1kHz以上响应频率/带宽300Hz以下3.5倍过载能力3倍以内8000rpm峰值转速5000rpm0.001mm重复定位精度0.05mm0.01%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，实现智能制造“国产化”2005~20152015~20202020~2025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•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CONTENTS1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机器人伺服电机检测标准10参考标准：GB755-2008《旋转电机定额和性能》GB/T16439-2009《交流伺服系统通用技术条件》GB/T30549-2014《交流永磁伺服电机通用技术条件》GB/T7345-2008《控制电机基本技术要求》GB/T12350-2009《小功率电动机的安全要求》GB/T14817-2008《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/T10184-2014《交流伺服驱动器通用技术条件》JB/T11991-2014《工业机械数字控制系统用交流伺服电动机》GB/T14819-2008《电磁式直流伺服电动机通用技术条件》JB/T5867-2004《空心杯电枢永磁直流伺服电动机通用技术条件》JB/T5868-2004《印制绕组直流伺服电动机通用技术条件》JB/T5866-2004《宽调速永磁直流伺服电动机通用技术条件》GB/T22669-2008《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CONTENTS1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/转矩模式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/转矩模式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19MPT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+D02路差分脉冲输出，位置控制CANbusDS402协议正负10V模拟输出2路+D02路差分脉冲输出，位置控制CANbusDS402协议PID模块PID模块转速、转矩、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