机器人电缆扭转测试系统的研发与设计

摘  要：该文参考国内机器人电缆的测试系统现状，依据中国机器人产业联盟标准和德国莱茵2PfG 2577机器人系统用电缆标准，设计并研发新颖的扭转测试系统（2D扭转试验、3D扭转试验）。机器人电缆扭转测试系统的成功研制填补了国内空白，为机器人电缆的产品质量检测提供了必要的技术支持。同时也会大大降低使用单位的成本投入，产品服务也有了实时精准的售后保障。

关键词：机器人电缆;2D扭转试验;3D扭转试验

中图分类号：TP24              文献标志码：A

0 引言

国际机器人联合会（IFR）数据显示，我国近几年工业机器人销量持续上升，并且在问鼎全球第一后仍保持较好的发展势头。

机器人电缆要求很高，不仅要具有强大的信号和电力输送能力，同时还应具有较好的耐磨性、耐弯曲性和耐扭转等特点。机器人的机械寿命试验一般要连续进行几百万次或者几千万次的重复试验，检测设备面临着重要的考验。王昆[1]、王波[2]等分别从设备研制及性能方面对机器人电缆进行了研究。

我们依据中国机器人产业联盟标准和德国莱茵2PfG 2577机器人系统用电缆标准，太阳电线（东莞）有限公司[3]、杭州首航实业有限公司[4]、上海翡叶动力科技有限公司[5]分别研制了机器人电缆测试设备。我们采用四点新颖的想法设计并研发扭转测试系统（2D扭转试验、3D扭转试验）。该扭转测试系统的成功研制填补了机器人电缆检测系统的空白，为机器人电缆的产品质量检测提供必要的技术支持。

1 机器人电缆测试系统发展现状及趋势

根据国际机器人联合会（IFR）的调研数据，目前德国、美国、韩国、日本将机器人的信号传输视为“血脉”，机器人用电缆附件已经有了成熟的检验标准和测试仪器。

机器人生产企业在中国发展迅猛，机器人電缆组件的检测设备面临着重要考验。根据调研结果显示，我国机器人电缆检测系统都是依赖进口的，采购该类进口检测设备不仅价格昂贵，而且售后服务不能得到有效保障，因此使得国内测试机构和企业望而却步。针对国内目前空白的现状，该单位与合作单位联合研发“工业机器人电缆扭转系统”项目，能够同时满足中国机器人产业联盟标准和德国莱茵机器人系统用电缆标准。

2 创新点

我们分别从以下4个创新点设计并研发扭转测试系统（2D扭转试验、3D扭转试验）。1）开发计算机专用控制程序对多个试样进行多路检测信号采集，能实时显示试样的往复次数、导通状况等数据。2）设计测试液晶屏内嵌式自动滑道，能在有效保护液晶屏的同时，提高仪器外观的整洁美观性。3）改变传统的螺旋式夹具结构，改为弹簧式自紧结构，夹持试样美观且实用。4）设计高强度直线导轨往返系统，可以与伺服马达配套组装。

3 系统方案设计

3.1 2D扭转试验测量要求

取试样每段长度1 m，将试样固定在试验机上，固定距离1 000 mm（可调），试样的扭转角度为90°或180°。固定试样的转子以60 次/min的速度转动。试验一个周期次数：5 000 000次循环。

3.1.1 性能特点

性能特点有9个。1）机器为人机系统全自动控制，采用人机交互方式，可显示试样的往复次数、导通状况等数据。根据试样故障次数，可以分析样品特性。2）设备采用同步带模组传动，由转子带动试样以60 次/min的速度旋转测试。3）使用伺服马达驱动，控制精准，动力传动系统平稳、可靠。4）全铝材组装自由移动工作台，可适用各种不同长度的试样。5）试样固定距离0 mm～1 000 mm。6）转子转动角度：0°～360°可调。7）一体式结构，可同时做3组试样，每组可独立进行信号检测。8）可对每组试样施加24 V的安全电压，样品断路后有报警功能，并保持试验数据。9）记录运行次数999 999 999次，具有断电保存功能。可准确记录每组试样的扭转次数、故障状态信息。

3.1.2 项目研发设计简图说明

3.2 3D扭转试验测量要求

取试样每段长度0.6 m，将试样固定在试验机上，上端的扭转角度为左右90°，下端的扭转角度为左右180°。固定试样的转子以30次/min的速度转动;试验一个周期次数：5 000 000次。

3.2.1 性能特点

性能特点有7个。1）控制方式为人机系统全自动控制，采用人机交互方式，可显示试样的往复次数、导通状况等数据。根据试样故障次数，可以分析样品特性。2）设备采用同步带模组传动，由转子带动试样上下以30 次/min的速度做90°和180°3D模式弯曲测试。3）使用伺服马达驱动，控制精准，动力传动系统平稳、可靠。4）上下转子弯曲角度：0°～360°可调。5）一体式结构，可同时做3个试样，每组可独立进行信号检测。6）可对每组试样施加24 V的安全电压，样品断路后有报警功能，并保持试验数据。7）记录运行次数999 999 999次，具有断电保存功能。可准确记录每组试样的扭转次数、故障状态信息。

3.2.2 项目研发设计简图说明

项目研发设计简图说明如图2所示。

4 系统测试结果

根据机器人电缆测试环境和要求，选取相应的的样品进行2D扭转试验（样品规格为4×0.75 mm2）和3D扭转试验（样品规格为4×1 mm2，试样外径为7.5 mm），测量结果见表1和表2。

5 结论

机器人电缆的扭转测试系统的成功研制填补了机器人电缆检测系统的国内空白，保证了机器人电缆生产企业的质量，同时也会大大降低使用单位的成本投入，产品服务也有了实时精准的售后保障。通过理论分析和实验验证，机器人扭转测试系统获得良好的测试效果，在电线电缆行业具有一定的应用价值。

参考文献

[1]王昆.机器人用柔性电缆的研发和性能验证[J].电线电缆，2019（6）：18-21，44.

[2]王波.机器人在未来工厂：电缆厂商的机遇和挑战[J].农业机械，2018（6）：118-119.

[3]太阳电线（东莞）有限公司.一种电线电缆弯曲试验机：中国，CN206583727U[P].2017-03-14

[4]杭州首航实业有限公司.一种自动化控制扭转弯曲试验机：中国，CN103353392A[P].2013-06-08

[5]上海翡叶动力科技有限公司.工业机器人用伺服电机测试系统：中国，CN105334459A[P].2015-11-24.