CN108225424B - 机器人关节测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人关节测试装置及方法，涉及自动化检测的技术领域，该装置包括控制模块，以及与控制模块连接的自整定模块、被测关节控制模块、输入输出模块和母线信号采集模块；其中，自整定模块包括负载自整定模块和惯量自整定模块，惯量自整定模块的输出端通过第一电子离合器与负载自整定模块连接，第一电子离合器与输入输出模块连接；负载自整定模块包括负载输出机构和负载测定机构；惯量自整定模块包括惯量加载机构和惯量测定机构，惯量加载机构与惯量测定机构通过第二电子离合器连接。本发明提供的机器人关节测试装置及方法，能够对机器人关节进行测试，自动化程度较高，操作过程相对简单，有助于提高机器人关节的测试效率。

Description

机器人关节测试装置及方法

技术领域

本发明涉及自动化检测技术领域，尤其是涉及一种机器人关节测试装置及方法。

背景技术

目前，随着我国工业制造2025战略的实施，人机共融式的协作工业机器人快速发展，协作工业机器人主要由关节组成，机器人关节作为工业机器人的核心部件其性能的好坏往往决定了整机性能的优劣；同时，不同负载级的机器人关节以及同一负载级的机器人各轴的关节类型不同，因而测试需求不同；并且，同一机器人针对不同工况的惯量负载测试需求也不尽相同，因此研发过程中，针对关节的变负载、变惯量测试占据很重要地位。机器人关节测试平台作为机器人关节的重要检测装置，其使用的便捷性和高效性直接制约着机器人关节研发的技术迭代的快慢。传统的机器人关节测试装置，大多需要手动配置惯量和负载，操作过程繁琐、信号采集任务繁重，从而导致关节测试效率低下，严重制约了机器人关节技术的发展。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器人关节测试装置及方法，以缓解了现有技术中测试效率较低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种机器人关节测试装置，该装置包括：控制模块，以及与控制模块连接的自整定模块、被测关节控制模块、输入输出模块和母线信号采集模块；其中，自整定模块包括负载自整定模块和惯量自整定模块，惯量自整定模块的输出端通过第一电子离合器与负载自整定模块连接，第一电子离合器与输入输出模块连接；控制模块用于接收用户输入的启动信号和测试参数，并将启动信号和测试参数发送至输入输出模块和自整定模块；其中，测试参数包括给定负载参数和/或给定惯量参数；输入输出模块用于根据启动信号控制第一电子离合器的开关状态；负载自整定模块包括负载输出机构和负载测定机构，负载输出机构用于接收启动信号，提取测试参数中包括的给定负载参数，按照给定负载参数输出给定负载；负载测定机构用于调整给定负载，以使给定负载保持在预先设置的负载阈值范围；惯量自整定模块包括惯量加载机构和惯量测定机构，惯量加载机构与惯量测定机构通过第二电子离合器连接，其中，第二电子离合器也与输入输出模块连接，输入输出模块还用于根据启动信号控制第二电子离合器的开关状态；惯量加载机构用于接收启动信号，提取测试参数中包括的给定惯量参数，按照给定惯量参数输出给定惯量；惯量测定机构用于调整给定惯量，以使给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内；被测关节控制模块与被测关节连接，用于获取启动信号，通过第三伺服驱动器控制被测关节在给定负载和/或给定惯量下运转；母线信号采集模块用于在被测关节运转时，采集测试参数，并将测试参数发送至控制模块；控制模块还用于接收测试参数，根据测试参数生成测试报告，测试报告包括被测关节的系统效率。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述惯量加载机构包括依次连接的第一电机、滚柱丝杆滑台和伞状变惯量机构；其中，第一电机由第一伺服驱动器驱动，伞状变惯量机构通过伞状变惯量机构支撑座与滚柱丝杆滑台滑动连接；伞状变惯量机构的输出端通过同步带机构与惯量测定机构连接；第一伺服驱动器接收给定惯量参数，驱动第一电机转动，带动伞状变惯量机构与滚柱丝杆滑台产生与给定惯量参数匹配的位移量；惯量测定机构包括第二伺服驱动器和第二电机，第二伺服驱动器用于在该位移量下，控制第二电机以指定加速度运动至指定速度，并且采集第二电机的电流值，并将电流值发送至控制模块；控制模块还用于根据电流值计算惯量加载机构输出的给定惯量，并根据计算的结果通过第一伺服驱动器调整第一电机的位置量，以使给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述伞状变惯量机构包括阶梯扇叶状惯量体和滑动连接杆，滑动连接杆的一端与阶梯扇叶状惯量体铰接，另一端与伞状变惯量机构支撑座铰接。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述同步带机构包括第一同步带轮和第二同步带轮；第一同步带轮和第二同步带轮通过同步带连接；第一同步带轮的连接件与第一电子离合器连接，负载自整定模块通过第一电子离合器与惯量加载机构连接；第二同步带轮的连接件与第二电子离合器连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述负载输出机构包括第二总线模块、程控电源和制动器；第二总线模块的输入端与控制模块连接，输出端与程控电源连接；程控电源与制动器连接；第二总线模块用于根据给定负载参数控制程控电源的输出电流，以驱动制动器输出与给定负载参数匹配的给定负载；负载测定机构包括第一总线模块，以及与第一总线模块连接的转速转矩传感器；转速转矩传感器与制动器的输出端连接，用于采集制动器输出给定负载时的负载转矩和负载转速，并将负载转矩和负载转速通过第一总线模块发送至控制模块；控制模块还用于根据负载转矩通过第二总线模块调整程控电源的输出电流，以使制动器输出的给定负载保持在预先设置的负载阈值范围内。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述被测关节、转速转矩传感器和制动器依次连接；被测关节与转速转矩传感器之间设置有第一联轴器；转速转矩传感器和制动器之间设置有第二联轴器。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述母线信号采集模块包括第三总线模块，以及与第三总线模块连接的数字功率计；数字功率计用于在被测关节运转时，采集母线信号，并将母线信号通过第三总线模块发送至控制模块，其中，母线信号包括母线电压和母线电流；控制模块还用于根据母线信号计算输入功率，以及根据转速转矩传感器采集的负载转矩和负载转速计算输出功率，根据输入功率和输出功率计算所述系统效率。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述装置还包括与控制模块连接的温度信号采集模块；温度信号采集模块包括温度传感器，温度传感器的温度探头设置在被测关节的内部或者外部，用于采集被测关节的初始温度，以及被测关节运转时的热平衡温度；控制模块还用于获取初始温度和热平衡温度，计算被测关节的温升参数，根据温升参数生成温升性能报告。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述装置还包括总线耦合器；自整定模块、被测关节控制模块、输入输出模块、母线信号采集模块和温度信号采集模块均通过总线耦合器与控制模块连接。

第二方面，本发明实施例还提供一种机器人关节测试方法，该方法应用于上述第一方面所述的装置，该方法包括：控制模块接收用户输入的启动信号和测试参数，并将启动信号和测试参数发送至自整定模块；其中，测试参数包括给定负载参数和/或给定惯量参数；自整定模块包括负载自整定模块和惯量自整定模块；负载自整定模块通过负载输出机构接收启动信号，提取测试参数中包括的给定负载参数，按照给定负载参数输出给定负载，以及通过负载测定机构调整给定负载，以使给定负载保持在预先设置的负载阈值范围；惯量自整定模块通过惯量加载机构接收启动信号，提取测试参数中包括的给定惯量参数，按照给定惯量参数输出给定惯量，以及通过惯量测定机构调整给定惯量，以使给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内；被测关节控制模块与被测关节连接，用于获取启动信号，通过第三伺服驱动器控制被测关节在给定负载和/或给定惯量下运转；母线信号采集模块在被测关节运转时，采集测试参数，并将测试参数发送至控制模块；控制模块接收测试参数，根据测试参数生成测试报告，测试报告包括被测关节的系统效率。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种机器人关节测试装置及方法，能够在控制模块接收到用户输入的启动信号和测试参数后，提取测试参数中包括的给定负载参数，按照给定负载参数输出给定负载，以及提取测试参数中包括的给定惯量参数，按照给定惯量参数输出给定惯量，并通过负载测定机构和惯量测定机构调整输出参数，使输出参数保持在预先设置的阈值范围内，以使被测关节在给定负载和/或给定惯量条件下运转，进而采集测试参数，并生成测试报告，能够实现在机器人装配之前完成其关节的性能测试，同时，给定负载和给定惯量的输出过程，参数采集的过程自动化程度较高，操作过程相对简单，显著地提高了测试效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机器人关节测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种机器人关节测试装置的控制原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种机器人关节测试装置的测试结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种机器人关节测试方法的流程图。

图标：100-被测关节；10-控制模块；20-自整定模块；30-被测关节控制模块；40-输入输出模块；50-母线信号采集模块；60-温度信号采集模块；70-总线耦合器；201-负载自整定模块；201a-负载输出机构；201b-负载测定机构；202-惯量自整定模块；202a-惯量加载机构；202b-惯量测定机构；203-第一电子离合器；204-第二电子离合器；301-第三伺服驱动器；205-第一电机；206-滚柱丝杆滑台；207-伞状变惯量机构；207a-阶梯扇叶状惯量体；207b-滑动连接杆；208-第一伺服驱动器；209-伞状变惯量机构支撑座；210-第二伺服驱动器；212-第二电机；214-第一同步带轮；215-第二同步带轮；216-同步带；217-第一同步带轮的连接件；218-第二同步带轮的连接件；219-第二总线模块；220-程控电源；221-制动器；222-第一总线模块；223-转速转矩传感器；224-第一联轴器；224a-连接件；225-第二联轴器；501-第三总线模块；502-数字功率计；601-温度传感器；31-被测关节支撑座；32-转速转矩传感器支撑座；33-第一制动器支撑座；34-第二制动器支撑座；35-第二电机支撑座；36-第二同步带轮支撑座；37-第一同步带轮支撑座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种机器人关节测试装置进行详细介绍。

本发明实施例提供了一种机器人关节测试装置，该装置可以用于对机器人关节进行性能测试，如图1所示的一种机器人关节测试装置的结构示意图，该装置包括：控制模块10，以及与控制模块10连接的自整定模块20、被测关节控制模块30、输入输出模块40和母线信号采集模块50。

其中，上述自整定模块20包括负载自整定模块201和惯量自整定模块202，惯量自整定模块的输出端通过第一电子离合器203与负载自整定模块连接，第一电子离合器与输入输出模块连接。

控制模块10用于接收用户输入的启动信号和测试参数，并将启动信号和测试参数发送至输入输出模块40和自整定模块20；其中，测试参数包括给定负载参数和/或给定惯量参数；输入输出模块40用于根据启动信号控制第一电子离合器203的开关状态；

负载自整定模块201包括负载输出机构201a和负载测定机构201b，负载输出机构用于接收启动信号，提取测试参数中包括的给定负载参数，按照给定负载参数输出给定负载；负载测定机构201b用于调整给定负载，以使给定负载保持在预先设置的负载阈值范围；

惯量自整定模块202包括惯量加载机构202a和惯量测定机构202b，惯量加载机构与惯量测定机构通过第二电子离合器204连接，其中，第二电子离合器204也与输入输出模块40连接，输入输出模块还用于根据启动信号控制第二电子离合器204的开关状态；

惯量加载机构用于接收启动信号，提取测试参数中包括的给定惯量参数，按照给定惯量参数输出给定惯量；惯量测定机构用于调整给定惯量，以使给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内；

被测关节控制模块30与被测关节100连接，用于获取启动信号，通过第三伺服驱动器301控制被测关节在给定负载和/或给定惯量下运转；

母线信号采集模块50用于在被测关节运转时，采集测试参数，并将测试参数发送至控制模块10；控制模块10还用于接收测试参数，根据测试参数生成测试报告，测试报告包括被测关节的系统效率。

本发明实施例提供的一种机器人关节测试装置，能够在控制模块接收到用户输入的启动信号和测试参数后，提取测试参数中包括的给定负载参数，按照给定负载参数输出给定负载，以及提取测试参数中包括的给定惯量参数，按照给定惯量参数输出给定惯量，并通过负载测定机构和惯量测定机构调整输出参数，使输出参数保持在预先设置的阈值范围内，以使被测关节在给定负载和/或给定惯量条件下运转，进而采集测试参数，并生成测试报告，能够实现在进行装配之前完成机器人关节的性能测试，同时，给定负载和给定惯量的输出过程，以及参数采集的过程自动化程度较高，操作过程相对简单，显著地提高了测试效率。

在实际使用中，上述控制模块可以通过上位机实现，在该上位机中可以安装有机器人关节测试用的上位机软件和PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)软件，上位机软件可以提供人机交互界面，供用户输入启动信号和测试参数，PLC软件可以对上述机器人关节测试装置进行控制。

为了便于对上述机器人关节测试装置进行理解，在图1的基础上，图2示出了一种机器人关节测试装置的控制原理示意图，图3示出了一种机器人关节测试装置的测试结构示意图，其中，在图2中，上述控制模块通过上位机、上位机软件和PLC软件表示；在图3中，还包括用于支撑上述各个装置的支撑座，包括被测关节支撑座31、转速转矩传感器支撑座32、第一制动器支撑座33、第二制动器支撑座34、第二电机支撑座35、第二同步带轮支撑座36和第一同步带轮支撑座37。

同时，为了便于PLC软件进行控制，如图2所示，上述装置还包括总线耦合器70；其中，该总线耦合器优选为PLC总线耦合器，PLC软件与PLC总线耦合器通过总线进行通信，进一步，上述自整定模块、被测关节控制模块、输入输出模块、母线信号采集模块均与该PLC总线耦合器通过总线技术进行通信，并通过该总线耦合器与控制模块连接。上述启动信号和测试参数，可以针对不同机器人关节和不同工况条件下的负载需求，由用户(工作人员)进行设定，并通过上位机软件进行输入，再由上述PLC软件通过上述PLC总线耦合器发送至上述模块。

具体地，如图2和图3所示，上述惯量加载机构202a包括依次连接的第一电机205、滚柱丝杆滑台206和伞状变惯量机构207；其中，第一电机由第一伺服驱动器208驱动，伞状变惯量机构207通过伞状变惯量机构支撑座209与滚柱丝杆滑台206滑动连接；伞状变惯量机构207的输出端通过同步带机构与惯量测定机构202b连接；

具体实现时，如图3所示，上述伞状变惯量机构207包括阶梯扇叶状惯量体207a和滑动连接杆207b，阶梯扇叶状惯量体的数量有多个，并形成伞状变惯量机构的固定面，滑动连接杆的一端与阶梯扇叶状惯量体铰接，另一端与伞状变惯量机构支撑座铰接；进一步，上述滚柱丝杆滑台可以包括丝杆(或者蜗杆)，以及与丝杆匹配的滑道，上述伞状变惯量机构支撑座与丝杆固定连接，第一伺服驱动器与控制模块连接，接收给定惯量参数，并驱动第一电机转动，当第一电机转动时，带动丝杆推动伞状变惯量机构支撑座在滑道内滑动，进而带动伞状变惯量机构与滚柱丝杆滑台产生与给定惯量参数匹配的位移量，使得滑动连接杆与伞状变惯量机构的固定面的角度随之张开或缩小，从而产生连续变化的惯量，进一步，上述滑道两侧还可以设置锁定螺栓，当滚柱丝杆滑台到达给定惯量参数匹配的位移量时，能够通过锁定螺栓对伞状变惯量机构支撑座进行固定。

本发明实施例提供的伞状变惯量机构，采用阶梯扇叶状惯量体，有效减小了加工难度。应该理解，图3仅仅是本发明实施例的一种测试结构的示意图，其阶梯扇叶状惯量体的数量，以及滑动连接杆的长度可以根据实际惯量变化范围的需要进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

进一步，如图2所示，惯量测定机构包括第二伺服驱动器210和第二电机212，第二伺服驱动器也与控制模块10(PLC软件)连接，用于控制第二电机以指定加速度运动至指定速度，并且采集第二电机的电流值，并将电流值发送至控制模块10；控制模块10还用于根据电流值计算惯量加载机构输出的给定惯量，并根据计算的结果通过第一伺服驱动器调整第一电机的位置量，以使给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内，具体地，为了便于计算，上述第二电机可以选择直流电机，并根据直流电机的电流值与转矩的对应关系，计算第二电机的转矩，并考虑机械装置的摩擦转矩(即减去摩擦转矩)，通过公式T＝J·α计算给定惯量，其中，T为第二电机的转矩，α为第二电机的指定加速度，J为计算得出的给定惯量。若此时计算的惯量大于或者小于惯量给定值，即超出预先设置的惯量阈值范围，上位机中的PLC软件会通过PI控制算法不断调整第一电机运动的位移量，直到通过公式T＝J·α计算出的惯量值保持在预先设置的惯量阈值范围内。

具体上述计算过程，以及PI控制算法可以参考现有技术中的相关资料，本发明实施例对此不进行赘述。

具体地，如图3所示，上述同步带机构包括第一同步带轮214和第二同步带轮215；第一同步带轮和第二同步带轮通过同步带216连接；第一同步带轮的连接件217与第一电子离合器203连接，负载自整定模块通过第一电子离合器与惯量加载机构连接；第二同步带轮的连接件218与第二电子离合器204连接。

进一步，上述负载输出机构201a包括第二总线模块219、程控电源220和制动器221；第二总线模块的输入端与控制模块(PLC软件)连接，输出端与程控电源连接；程控电源与制动器连接；第二总线模块用于根据给定负载参数控制程控电源的输出电流，以驱动制动器输出与给定负载参数匹配的给定负载；负载测定机构包括第一总线模块222，以及与第一总线模块222连接的转速转矩传感器223；转速转矩传感器与制动器221的输出端连接，用于采集制动器输出给定负载时的负载转矩和负载转速，并将负载转矩和负载转速通过第一总线模块发送至控制模块；控制模块还用于根据负载转矩通过第二总线模块调整程控电源的输出电流，以使制动器输出的给定负载保持在预先设置的负载阈值范围内。

具体实现时，上述制动器可以是磁粉制动器，当转速转矩传感器采集到磁粉制动器的输出负载转矩大于或者小于给定负载，即负载转矩超过预先设置的负载阈值范围时，上位机中的PLC软件会通过PI控制算法不断调整程控电源的电流输出，进而控制磁粉制动器的负载输出，直至在考虑摩擦转矩的情况下负载转矩输出维持在预先设置的负载阈值范围内，其具体的PI控制算法调节电流输出的过程也可以参考现有技术中的相关资料实现，本发明实施例对此不进行限制。

具体地，如图3所示，上述被测关节100、转速转矩传感器223和制动器221依次连接；被测关节与转速转矩传感器之间设置有第一联轴器224其中，第一联轴器224还包括一个连接件224a；转速转矩传感器和制动器之间设置有第二联轴器225。

为了便于上述母线信号采集模块进行信号采集，如图2所示，上述母线信号采集模块50包括第三总线模块501，以及与第三总线模块501连接的数字功率计502；数字功率计用于在被测关节运转时，采集母线信号，并将母线信号通过第三总线模块发送至控制模块，其中，母线信号包括母线电压和母线电流；控制模块还用于根据母线信号计算输入功率，以及根据转速转矩传感器采集的负载转矩和负载转速计算输出功率，根据输入功率和输出功率计算系统效率。

进一步，如图2所示，上述机器人关节测试装置还包括与控制模块连接的温度信号采集模块60；该温度信号采集模块也通过上述总线耦合器与控制模块连接。

温度信号采集模块包括温度传感器601，温度传感器601的温度探头设置在被测关节的内部或者外部，用于采集被测关节的初始温度，以及被测关节运转时的热平衡温度；控制模块还用于获取初始温度和热平衡温度，计算被测关节的温升参数，根据温升参数生成温升性能报告。

具体实现时，上述PLC软件可以根据母线电压U和母线电流I计算输入功率P1＝UI，以及根据负载转矩和负载转速，并参考电机扭矩计算公式T＝9550P/n，得出输出功率计算公式P2＝Tn/9550，其中P2为输出功率，T为负载转矩，n为负载转速，进而计算系统效率η＝P2/P1。

进一步，上述温升参数也可以看成是温升大小，其计算过程也可以通过PLC软件实现，具体地，PLC软件可以获取温度传感器采集的初始温度T0和热平衡温度T1，计算温升参数Ti，其中，Ti可以表示为Ti＝T0-T1，并根据温升参数判断该机器人关节的温升性能是否符合设计要求。具体地，上述系统效率和温升性能报告可以包括在用一个测试报告中，具体的测试参数可以根据实际需求进行设置，同时，上述系统效率和温升参数的计算过程，可以参考现有技术中的相关资料进行优化，本发明实施例对此不进行限制。

下面结合图2和图3，并以机器人关节负载测试项目为例，对上述机器人关节测试装置进行说明，假设机器人关节负载测试需要完成机器人关节在某一转速的特定负载和惯量条件下的系统效率和温升性能的测试。测试过程如下：

(1)用户通过上位机软件输入启动信号，并根据需要输入测试参数；

(2)PLC软件首先通过PLC总线耦合器发送控制指令给输入输出模块，控制第一电子离合器断开和第二电子离合器闭合，然后通过第一伺服驱动器控制第一电机产生特定位移量，进而输出特定的惯量；然后断开第二电子离合器，同时闭合第一电子离合器；然后第二总线模块控制程控电源输出特定的负载转矩；

(3)通过第三伺服驱动器控制被测关节运转在特定转速下，采集相应测试参数，测试参数包括至少包括：母线电压、母线电流；被测关节的转矩、转速；以及被测关节的初始温度和热平衡温度等；

(4)上位机软件进行数据处理生产测试报告。其中，针对系统效率可以通过数字功率计采集母线电压和母线电流，进而计算关节的输入功率，然后通过转速转矩传感器采集关节输出转矩和转速，进而计算关节输出功率，即可完成系统效率计算；针对系统温升性能可以通过温度采集模块获得温度传感器采集的关节内部或者关节外部的初始和热平衡后的温度，进而计算关节温升。

本发明实施例提供的一种机器人关节测试装置，能够在控制模块接收到用户输入的启动信号和测试参数后，提取测试参数中包括的给定负载参数，按照给定负载参数输出给定负载，以及提取测试参数中包括的给定惯量参数，按照给定惯量参数输出给定惯量，并通过负载测定机构和惯量测定机构调整输出参数，使输出参数保持在预先设置的阈值范围内，以使被测关节在给定负载和/或给定惯量条件下运转，进而采集测试参数，并生成测试报告，能够实现在机器人装配之前完成其关节的性能测试，同时，给定负载和给定惯量的输出过程，以及参数采集的过程自动化程度较高，操作过程相对简单，显著地提高了测试效率。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种机器人关节测试方法，该方法应用于上述机器人关节测试装置，如图4所示的一种机器人关节测试方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S402，控制模块接收用户输入的启动信号和测试参数，并将启动信号和测试参数发送至自整定模块；

其中，测试参数包括给定负载参数和/或给定惯量参数；

进一步，自整定模块包括负载自整定模块和惯量自整定模块；

步骤S404，负载自整定模块通过负载输出机构接收启动信号，提取测试参数中包括的给定负载参数，按照给定负载参数输出给定负载，以及通过负载测定机构调整给定负载，以使给定负载保持在预先设置的负载阈值范围；

步骤S406，惯量自整定模块通过惯量加载机构接收启动信号，提取测试参数中包括的给定惯量参数，按照给定惯量参数输出给定惯量，以及通过惯量测定机构调整给定惯量，以使给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内；

步骤S408，被测关节控制模块与被测关节连接，用于获取启动信号，通过第三伺服驱动器控制被测关节在给定负载和/或给定惯量下按上位机的要求运转；

步骤S410，母线信号采集模块在被测关节运转时，采集测试参数，并将测试参数发送至控制模块；

步骤S412，控制模块接收测试参数，根据测试参数生成测试报告，测试报告包括被测关节的系统效率。

进一步，上述方法还包括：控制模块通过温度信号采集模块采集被测关节的初始温度，以及被测关节运转时的热平衡温度；控制模块获取初始温度和热平衡温度，计算被测关节的温升参数，根据温升参数生成温升性能报告。

本发明实施例提供的机器人关节测试方法，与上述实施例提供的机器人关节测试装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的机器人关节测试装置及方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种机器人关节测试装置，其特征在于，包括：控制模块，以及与所述控制模块连接的自整定模块、被测关节控制模块、输入输出模块和母线信号采集模块；其中，所述自整定模块包括负载自整定模块和惯量自整定模块，所述惯量自整定模块的输出端通过第一电子离合器与所述负载自整定模块连接，所述第一电子离合器与所述输入输出模块连接；

所述控制模块用于接收用户输入的启动信号和测试参数，并将所述启动信号和所述测试参数发送至所述输入输出模块和所述自整定模块；其中，所述测试参数包括给定负载参数和/或给定惯量参数；

所述输入输出模块用于根据所述启动信号控制所述第一电子离合器的开关状态；

所述负载自整定模块包括负载输出机构和负载测定机构，所述负载输出机构用于接收所述启动信号，提取所述测试参数中包括的所述给定负载参数，按照所述给定负载参数输出给定负载；所述负载测定机构用于调整所述给定负载，以使所述给定负载保持在预先设置的负载阈值范围；

所述惯量自整定模块包括惯量加载机构和惯量测定机构，所述惯量加载机构与所述惯量测定机构通过第二电子离合器连接，其中，所述第二电子离合器也与所述输入输出模块连接，所述输入输出模块还用于根据所述启动信号控制所述第二电子离合器的开关状态；

所述惯量加载机构用于接收所述启动信号，提取所述测试参数中包括的所述给定惯量参数，按照所述给定惯量参数输出给定惯量；所述惯量测定机构用于调整所述给定惯量，以使所述给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内；

所述被测关节控制模块与被测关节连接，用于获取所述启动信号，通过第三伺服驱动器控制所述被测关节在所述给定负载和/或给定惯量下运转；

所述母线信号采集模块用于在所述被测关节运转时，采集测试参数，并将所述测试参数发送至所述控制模块；

所述控制模块还用于接收所述测试参数，根据所述测试参数生成测试报告，所述测试报告包括所述被测关节的系统效率；

其中，所述惯量加载机构包括依次连接的第一电机、滚柱丝杆滑台和伞状变惯量机构；其中，所述第一电机由第一伺服驱动器驱动，所述伞状变惯量机构通过伞状变惯量机构支撑座与所述滚柱丝杆滑台滑动连接；

所述伞状变惯量机构的输出端通过同步带机构与所述惯量测定机构连接；

所述第一伺服驱动器接收所述给定惯量参数，驱动所述第一电机转动，带动所述伞状变惯量机构与所述滚柱丝杆滑台产生与所述给定惯量参数匹配的位移量；

所述惯量测定机构包括第二伺服驱动器和第二电机，所述第二伺服驱动器用于在所述位移量下，控制所述第二电机以指定加速度运动至指定速度，并且采集所述第二电机的电流值，并将所述电流值发送至所述控制模块；

所述控制模块还用于根据所述电流值计算所述惯量加载机构输出的给定惯量，并根据计算的结果通过所述第一伺服驱动器调整所述第一电机的位置量，以使所述给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述伞状变惯量机构包括阶梯扇叶状惯量体和滑动连接杆，所述滑动连接杆的一端与所述阶梯扇叶状惯量体铰接，另一端与所述伞状变惯量机构支撑座铰接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述同步带机构包括第一同步带轮和第二同步带轮；所述第一同步带轮和所述第二同步带轮通过同步带连接；

所述第一同步带轮的连接件与所述第一电子离合器连接，所述负载自整定模块通过所述第一电子离合器与所述惯量加载机构连接；

所述第二同步带轮的连接件与所述第二电子离合器连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述负载输出机构包括第二总线模块、程控电源和制动器；

所述第二总线模块的输入端与所述控制模块连接，输出端与所述程控电源连接；所述程控电源与所述制动器连接；

所述第二总线模块用于根据所述给定负载参数控制所述程控电源的输出电流，以驱动所述制动器输出与所述给定负载参数匹配的给定负载；

所述负载测定机构包括第一总线模块，以及与所述第一总线模块连接的转速转矩传感器；所述转速转矩传感器与所述制动器的输出端连接，用于采集所述制动器输出所述给定负载时的负载转矩和负载转速，并将所述负载转矩和所述负载转速通过所述第一总线模块发送至所述控制模块；

所述控制模块还用于根据所述负载转矩通过所述第二总线模块调整所述程控电源的输出电流，以使所述制动器输出的给定负载保持在预先设置的负载阈值范围内。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述被测关节、所述转速转矩传感器和所述制动器依次连接；所述被测关节与所述转速转矩传感器之间设置有第一联轴器；所述转速转矩传感器和所述制动器之间设置有第二联轴器。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述母线信号采集模块包括第三总线模块，以及与所述第三总线模块连接的数字功率计；

所述数字功率计用于在所述被测关节运转时，采集母线信号，并将所述母线信号通过所述第三总线模块发送至所述控制模块，其中，所述母线信号包括母线电压和母线电流；

所述控制模块还用于根据所述母线信号计算输入功率，以及根据所述转速转矩传感器采集的负载转矩和负载转速计算输出功率，根据所述输入功率和所述输出功率计算所述系统效率。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述控制模块连接的温度信号采集模块；

所述温度信号采集模块包括温度传感器，所述温度传感器的温度探头设置在所述被测关节的内部或者外部，用于采集所述被测关节的初始温度，以及所述被测关节运转时的热平衡温度；

所述控制模块还用于获取所述初始温度和所述热平衡温度，计算所述被测关节的温升参数，根据所述温升参数生成温升性能报告。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括总线耦合器；

所述自整定模块、所述被测关节控制模块、所述输入输出模块、所述母线信号采集模块和所述温度信号采集模块均通过所述总线耦合器与所述控制模块连接。

9.一种机器人关节测试方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1～8任一项所述的装置，所述方法包括：

控制模块接收用户输入的启动信号和测试参数，并将所述启动信号和所述测试参数发送至自整定模块；其中，所述测试参数包括给定负载参数和/或给定惯量参数；

所述自整定模块包括负载自整定模块和惯量自整定模块；所述负载自整定模块通过负载输出机构接收所述启动信号，提取所述测试参数中包括的所述给定负载参数，按照所述给定负载参数输出给定负载，以及通过负载测定机构调整所述给定负载，以使所述给定负载保持在预先设置的负载阈值范围；

所述惯量自整定模块通过惯量加载机构接收所述启动信号，提取所述测试参数中包括的所述给定惯量参数，按照所述给定惯量参数输出给定惯量，以及通过惯量测定机构调整所述给定惯量，以使所述给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内；

被测关节控制模块与被测关节连接，用于获取所述启动信号，通过第三伺服驱动器控制所述被测关节在所述给定负载和/或给定惯量下运转；

母线信号采集模块在所述被测关节运转时，采集测试参数，并将所述测试参数发送至所述控制模块；

所述控制模块接收所述测试参数，根据所述测试参数生成测试报告，所述测试报告包括所述被测关节的系统效率；

其中，所述惯量加载机构包括依次连接的第一电机、滚柱丝杆滑台和伞状变惯量机构；其中，所述第一电机由第一伺服驱动器驱动，所述伞状变惯量机构通过伞状变惯量机构支撑座与所述滚柱丝杆滑台滑动连接；

所述伞状变惯量机构的输出端通过同步带机构与所述惯量测定机构连接；

所述第一伺服驱动器接收所述给定惯量参数，驱动所述第一电机转动，带动所述伞状变惯量机构与所述滚柱丝杆滑台产生与所述给定惯量参数匹配的位移量；

所述惯量测定机构包括第二伺服驱动器和第二电机，所述第二伺服驱动器用于在所述位移量下，控制所述第二电机以指定加速度运动至指定速度，并且采集所述第二电机的电流值，并将所述电流值发送至所述控制模块；

所述控制模块还用于根据所述电流值计算所述惯量加载机构输出的给定惯量，并根据计算的结果通过所述第一伺服驱动器调整所述第一电机的位置量，以使所述给定惯量保持在预先设置的惯量阈值范围内。

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