本發明屬于工業機器人技術領域，具體涉及一種工業機器人關節減速器扭振提取與分析方法。
背景技術：
在各類回轉機械中，軸的扭轉振動是重要的振動形式之一。軸系的扭轉振動的產生原因有很多種，如軸系的負載扭矩的變化或者動力系統工況的突然變化以及系統零部件的一些損傷和故障等都會激起軸系的扭振。扭振產生的動應力會導致軸的疲勞甚至損壞。扭振對軸及軸上零件的危害在振動的初期表現得并不明顯,但是隨著扭振的交變應力的長時間作用，不斷累積，就可能造成軸的疲勞損壞，從而產生突發的破壞事故。對于汽輪發電機組這類大型回轉機械，扭振的危害是非常嚴重的，其表現之一是機組的次同步振蕩；對于機床，其傳動鏈軸系發生嚴重扭振時，會破壞加工精度；對于發動機，曲軸受到周期性的扭振作用，可能產生疲勞斷裂，造成不可估量的破壞。對于工業機器人關節減速器，扭轉振動不僅可以反映出其內部零部件的運行狀態，同時也是工業機器人機械臂進行正確且平穩地輪廓控制的重要特性。傳統的扭轉振動測試方法有貼應變片法、安裝加速度計法、齒測法。貼應變片和安裝加速度計屬于接觸式測量，需要對軸系結構進行一定的改造，如為保證加速度計切向布置而進行的結構調整、安裝集流環等，使軸系的結構發生了變化，不僅結構復雜，還對測試結果產生了一定的影響。對于齒測法，被測軸上的等分齒形結構一般齒數較少，軸轉動一周獲得的脈沖數也較少，不能測得小幅值的扭振，而且在低轉速時，這種缺陷尤為明顯。工業機器人關節減速器傳動比大(可達200左右)，輸出轉速非常低(15rpm以下)，同時其扭轉剛度大，扭振幅值低。目前的測試方法不適應工業機器人關節減速器低轉頻、小扭振幅值的測試需要。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種工業機器人關節減速器扭振提取與分析方法，能夠對低轉速、小振幅的扭振進行測試，同時能夠基本保證等采樣頻率采樣，降低變采樣頻率產生的影響。為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：一種工業機器人關節減速器扭振提取與分析方法，包括以下步驟：1)、通過光柵角度編碼器獲得瞬時轉角：用計數器對光柵角度編碼器的方波信號進行計數，以采樣頻率f讀取計數器中的數值，則讀數周期ΔT為：第i次讀取計數器的數值時獲得的瞬時轉角為：式中：Ki——第i次讀取計數器中的數值，p——光柵角度編碼器的分辨率，2)、通過瞬時轉角計算瞬時轉速：第i次讀取計數器的數值時獲得的瞬時轉速ωi為：式中：Ki-1——第i-1次讀取計數器中的時間值，ΔT——計數器的讀數周期，f——采樣頻率，3)、觀測轉速是否穩定，不穩定則繼續觀測，直至穩定則開始數據采集；4)、數據采集：4.1)以光柵角度編碼器z相脈沖觸發計數器和計時器，使計數器置零并對光柵角度編碼器的信號開始計數，使計時器置零并開始計時；4.2)以固定的讀數周期ΔT讀取計數器中的數值；4.3)等光柵角度編碼器下一個z相脈沖觸發計數器和計時器時，讀取計數器中的數值并置零，重新開始計數；讀取計時器中的時間值并置零重新開始計時，則有一轉內的平均轉速為：式中：K——一轉時，計數器中的數值，t——一轉時，計時器中的時間值，p——光柵角度編碼器的分辨率，5)、根據步驟4)中讀取的計數器的數值和計時器的時間值，通過分析獲得瞬時扭轉角，在第i-1次讀數與第i次讀數之間的扭轉角：式中：θi——在第i-1次讀數與第i次讀數之間的扭轉角，ωi——第i次讀取計數器的數值時獲得的瞬時轉速，——一轉內的平均轉速，ΔT——計數器的讀數周期，f——采樣頻率，Ki——第i次讀取計數器中的數值，Ki-1——第i-1次讀取計數器中的數值，則有第i次讀數時的瞬時扭轉角θ(i)為：式中：θ(i)——第i-1次讀數與第i次讀數之間的扭轉角，Ki——第i次讀取計數器中的數值，K——一轉時，計數器中的數值，p——光柵角度編碼器的分辨率，t——轉過一轉的時間，i——讀數次數，6)、根據步驟5)中獲得的瞬時扭轉角，繪制時間-瞬時扭轉角曲線；7)、對步驟6)中獲得時間-瞬時扭轉角曲線進行整轉截斷；8)、對步驟7)獲得的整轉截斷的時間-瞬時扭轉角曲線進行時頻轉換，獲得扭振的頻域特性，進而得到扭振幅值。所述的光柵角度編碼器每轉360000個脈沖，通過四倍頻計數，角度分辨率可達0.9角秒。本發明的有益效果為：本發明通過光柵角度編碼器直接讀取計數器和計時器的值，通過分析獲得瞬時扭轉角曲線，進而得到扭振的扭角幅值，不需要改造軸系結構，能夠對低轉速、小振幅的扭振進行測試，同時能夠基本保證等采樣頻率采樣，降低變采樣頻率產生的影響。附圖說明附圖為本發明方法的流程示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明做進一步描述。參照附圖，一種工業機器人關節減速器扭振提取與分析方法，包括以下步驟：1)、通過光柵角度編碼器獲得瞬時轉角：用計數器對光柵角度編碼器的方波信號進行計數，以采樣頻率f讀取計數器中的數值，則讀數周期ΔT為：第i次讀取計數器的數值時獲得的瞬時轉角為：式中：Ki——第i次讀取計數器中的數值，p——光柵角度編碼器的分辨率，2)、通過瞬時轉角計算瞬時轉速：第i次讀取計數器的數值時獲得的瞬時轉速ωi為：式中：Ki-1——第i-1次讀取計數器中的時間值，ΔT——計數器的讀數周期，f——采樣頻率，3)、觀測轉速是否穩定，不穩定則繼續觀測，直至穩定則開始數據采集；4)、數據采集：4.1)以光柵角度編碼器z相脈沖觸發計數器和計時器，使計數器置零并對光柵角度編碼器的信號開始計數，使計時器置零并開始計時；4.2)以固定的讀數周期ΔT讀取計數器中的數值；4.3)等光柵角度編碼器下一個z相脈沖觸發計數器和計時器時，讀取計數器中的數值并置零，重新開始計數；讀取計時器中的時間值并置零重新開始計時，則有一轉內的平均轉速為：式中：K——一轉時，計數器中的數值，t——一轉時，計時器中的時間值，p——光柵角度編碼器的分辨率，5)、根據步驟4)中讀取的計數器的數值和計時器的時間值，通過分析獲得瞬時扭轉角，在第i-1次讀數與第i次讀數之間的扭轉角：式中：θi——在第i-1次讀數與第i次讀數之間的扭轉角，ωi——第i次讀取計數器的數值時獲得的瞬時轉速，——一轉內的平均轉速，ΔT——計數器的讀數周期，f——采樣頻率，Ki——第i次讀取計數器中的數值，Ki-1——第i-1次讀取計數器中的數值，則有第i次讀數時的瞬時扭轉角θ(i)為：式中：θ(i)——第i-1次讀數與第i次讀數之間的扭轉角，Ki——第i次讀取計數器中的數值，K——一轉時，計數器中的數值，p——光柵角度編碼器的分辨率，t——轉過一轉的時間，i——讀數次數，6)、根據步驟5)中獲得的瞬時扭轉角，繪制時間-瞬時扭轉角曲線；7)、對步驟6)中獲得時間-瞬時扭轉角曲線進行整轉截斷；8)、對步驟7)獲得的整轉截斷的時間-瞬時扭轉角曲線進行時頻轉換，獲得扭振的頻域特性，進而得到扭振幅值。所述的光柵角度編碼器每轉360000個脈沖，通過四倍頻計數，角度分辨率可達0.9角秒。