機器人電纜扭轉測試系統的研發與設計

摘? 要：該文參考國內機器人電纜的測試系統現狀，依據中國機器人產業聯盟標準和德國萊茵2PfG 2577機器人系統用電纜標準，設計并研發新穎的扭轉測試系統（2D扭轉試驗、3D扭轉試驗）。機器人電纜扭轉測試系統的成功研制填補了國內空白，為機器人電纜的產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

國際機器人聯合會（IFR）數據顯示，我國近幾年工業機器人銷量持續上升，并且在問鼎全球第一后仍保持較好的發展勢頭。

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。

我們依據中國機器人產業聯盟標準和德國萊茵2PfG 2577機器人系統用電纜標準，太陽電線（東莞）有限公司[3]、杭州首航實業有限公司[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扭轉測試系統（2D扭轉試驗、3D扭轉試驗）。該扭轉測試系統的成功研制填補了機器人電纜檢測系統的空白，為機器人電纜的產品質量檢測提供必要的技術支持。

1 機器人電纜測試系統發展現狀及趨勢

根據國際機器人聯合會（IFR）的調研數據，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有了成熟的檢驗標準和測試儀器。

機器人生產企業在中國發展迅猛，機器人電纜組件的檢測設備面臨著重要考驗。根據調研結果顯示，我國機器人電纜檢測系統都是依賴進口的，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望而卻步。針對國內目前空白的現狀，該單位與合作單位聯合研發“工業機器人電纜扭轉系統”項目，能夠同時滿足中國機器人產業聯盟標準和德國萊茵機器人系統用電纜標準。

2 創新點

我們分別從以下4個創新點設計并研發扭轉測試系統（2D扭轉試驗、3D扭轉試驗）。1）開發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、導通狀況等數據。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，可以與伺服馬達配套組裝。

3 系統方案設計

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：5 000 000次循環。

3.1.1 性能特點

性能特點有9個。1）機器為人機系統全自動控制，采用人機交互方式，可顯示試樣的往復次數、導通狀況等數據。根據試樣故障次數，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，動力傳動系統平穩、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，并保持試驗數據。9）記錄運行次數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、故障狀態信息。

3.1.2 項目研發設計簡圖說明

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：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全自動控制，采用人機交互方式，可顯示試樣的往復次數、導通狀況等數據。根據試樣故障次數，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，動力傳動系統平穩、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，并保持試驗數據。7）記錄運行次數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、故障狀態信息。

3.2.2 項目研發設計簡圖說明

項目研發設計簡圖說明如圖2所示。

4 系統測試結果

根據機器人電纜測試環境和要求，選取相應的的樣品進行2D扭轉試驗（樣品規格為4×0.75 mm2）和3D扭轉試驗（樣品規格為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的成功研制填補了機器人電纜檢測系統的國內空白，保證了機器人電纜生產企業的質量，同時也會大大降低使用單位的成本投入，產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獲得良好的測試效果，在電線電纜行業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[J].農業機械，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.工業機器人用伺服電機測試系統：中國，CN105334459A[P].2015-11-24.