随着全球工业化的发展，劳动力成本不断增长，环保要求越来越严格，对高度集成化、自动化的行业需求也越来越旺盛。 因此，近年来，世界各国都在加快制造业升级，推动产业结构转型升级。 工业机器人在工业革命中发挥着至关重要的作用。 作为世界制造业大国，中国也出台了一系列政策支持工业机器人及其核心零部件产业发展，机器人市场进入快速发展阶段。 《核心基础零部件和基础制造工艺改进行动计划》提出，重点突破工业机器人减速机数字化正向发展，高精度高效率加工、检测、装配工艺及专用装备、规模化智能制造等核心关键技术。 作者对工业机器人精密减速器的性能测试进行了研究。
在我国，工业机器人减速器的研究已有20多年的历史，许多高校和企业对工业机器人减速器的各个技术方面进行了研究。 何卫东等人在机器人减速机、摆线轮齿形修改、静态分析、实验测试等领域进行了深入探索。 近5年来，国内已有数十家企业将工业机器人精密减速机投入批量生产。 但是，对于如何准确测试减速机的性能，目前还没有权威的行业标准。 笔者对工业机器人精密减速器性能测试中的主要参数进行了优化分析。
工业机器人精密减速器性能测试的主要参数包括传动误差、回程误差、启动转矩、机械效率、扭转刚度等。 作者详细分析了变速器误差和回波误差、起动转矩和机械效率两套测试参数，并对测试方法进行了优化和升级。
传输误差和回波误差的数值大小可以直接反映减速机的传输精度，并与减速机传输位置的损耗程度相对应。 影响这两个参数的相关因素是装配精度，例如各级齿轮的啮合间隙和各级轴承的间隙控制。 因此，精确测量减速机的传动误差和回程误差，对工业机器人精密减速机的装配过程具有重要的指导意义。
在工业机器人精密减速机专用试验台上，通过输入端和输出端的角度编码器测量传输误差和回波误差，工业机器人精密减速机传输误差和回波误差试验台的结构如图1所示。
图1 工业机器人精密减速机传动误差和回程误差试验台的结构。
工业机器人精密减速机的传动误差e是减速机输出轴的理论旋转角度与实际旋转角度之差，即试验台测得的输入轴in实际旋转角度与输出轴out实际旋转角度之差， 是：
式中：i为减速机传动比。
工业机器人精密减速机的回程误差是指减速机旋转方向改变时，输出轴的实际旋转角度与理论值之间的滞后，即
式中：Zin和Fin分别为输入轴正反转角度的测量值Zout 和 Fout 分别是输出轴正转和反转的测量角度。
通过传输误差和回波误差的计算公式可以看出，影响上述两个参数检测精度的因素是相应角度编码器的精度。 因此，角度编码器本身的分度精度和安装精度非常重要，输出轴与安装有角度编码器的减速器之间的同轴度也非常重要。 通过广泛的测试发现，如果输出轴的径向跳动大于002mm，则测得的传输误差和回波误差会有不同程度的大周期性波动，导致测量结果出现偏差。 径向跳动超出公差后传输误差的测量结果如图2所示。
调整后，输出轴径向跳动的实测传动误差不超出公差范围，测量结果如图3 3所示。 对比两个测量结果，发现当输出轴径向跳动超过公差时，传动误差的测量结果偏离12，偏差率达到32%。
因此，在测量传动误差和回程误差时，需要通过千分表或其他方法进行检测，以严格控制输出轴的径向跳动。 减速机输出盘与挡块配合的径向跳动由千分表检测，如图4所示。 如果发现径向跳动超出公差范围，则需要手动将其调整到允许范围，然后连接装有角度编码器的输出轴，以保证传动误差和回波误差测量的准确性。
起动转矩和机械效率是工业机器人精密减速机的另一组主要测试参数。 起动转矩是指减速机输出空载时，从输入缓慢加载到减速机启动所测得的最大瞬时转矩。 启动转矩反映了减速机装配的松紧程度，对装配过程具有重要的指导意义。 机械效率是输出端扭矩和速度的乘积与输入端扭矩和速度乘积的比值，直接反映了减速机传动过程中的能耗损失，是评价工业机器人精密减速器性能的重要指标之一。 可以看出，这两个测试参数都与扭矩有关。
起动转矩和机械效率由工业机器人精密减速机起动转矩和机械效率试验台上的输入和输出转矩速度传感器测量，其结构如图5所示。
图5 工业机器人精密减速器启动转矩及机械效率试验台结构
起动转矩t为：
式中：t为减速机空载起动转矩值;tins是输入端空轴的启动转矩值。
机械效率为：
式中：n为输入端的速度值;n为输出端的速度值;teffout是减速机输出端扭矩的测量值;teffin为减速机输入端扭矩的实测值;Teffins是输入端空轴启动转矩的测量值。
通过大量试验发现，在不安装减速机的情况下，试验台输入端的空轴扭矩对这组试验参数的试验结果影响较大。 通过机械效率计算公式可以看出，机械效率对减速机输入端的扭矩影响很大。 笔者开发了检测输入端无轴扭矩的测试程序，输入端无轴扭矩的测试数据如图6所示。 将测得的空轴转矩补偿为启动转矩和机械效率两个测试参数，使测试结果能够真实地反映减速机的性能。
试验台输出端空轴的扭矩损失，由于转速比，对机械效率影响不大，可以忽略不计。 如果对测量的机械效率的精度要求很高，则需要补偿空轴上的扭矩损失。
在补偿输入端空轴的转矩损失后，在输出转速为5 r min、10 r min、15 r min时，对某进口减速机进行了机械效率测试，结果如图7和表1所示。
工业机器人精密减速机的高精度性能决定了与之相关的加工、装配、测试、测试等环节需要高要求、高标准地对待。 只有配备机械结构合理、加工装配精度高的试验台，并采用合理准确的试验方法和算法，才能真正检测减速机的性能，并为产品制造的其他方面提供可靠的指导。