CN109115476A - 一种柔性机械臂的测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性机械臂的测试系统及其方法，测试系统包括上位机、电机驱动器、数据采集单元、电机、力传感器和编码器，数据采集单元用于采集力传感器和编码器的数据，力传感器用于获取柔性机械臂的驱动绳的拉力，编码器用于获取电机的转动角度；上位机输出机械臂控制数据控制电机驱动器以驱动电机工作，再利用力传感器和编码器获取驱动绳的实际拉力和电机的实际转动角度，获取机械臂控制数据的误差，实现对机械臂的性能测试，保障后续机械臂的正常使用。

Description

一种柔性机械臂的测试系统及其方法

技术领域

本发明涉及机器人测试领域，尤其是一种柔性机械臂的测试系统及其方法。

背景技术

目前，针对绳索驱动柔性机械臂的测试系统还没有成品，但是绳索驱动柔性机械臂只有经过测试系统的测试才能得到机械臂的性能参数，从而使机械臂的使用更加科学合理。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种柔性机械臂的测试系统及其方法，用于实现柔性机械臂的测试。

本发明所采用的技术方案是：一种柔性机械臂的测试系统，包括上位机、电机驱动器、数据采集单元、电机、力传感器和编码器，所述数据采集单元用于采集力传感器和编码器的数据，所述力传感器用于获取所述柔性机械臂的驱动绳的拉力，所述编码器用于获取所述电机的转动角度；所述上位机与电机驱动器、数据采集单元均连接，所述力传感器的输出端、编码器的输出端均与数据采集单元的输入端连接，所述电机驱动器与电机连接，所述电机的输出端与力传感器连接，所述力传感器与所述柔性机械臂的驱动绳连接。

进一步地，所述测试系统还包括测试台，所述测试台设置有通用法兰，所述通用法兰用于安装柔性机械臂，所述通用法兰为不同大小的法兰盘加工在一个法兰工件上。

进一步地，所述力传感器为拉力传感器。

进一步地，所述数据采集单元包括力采集器和编码器采集器，所述力采集器用于采集力传感器的数据并与上位机进行通信，所述编码器采集器用于采集编码器的数据并与上位机进行通信，所述力传感器的输出端与力采集器的输入端连接，所述编码器的输出端与编码器采集器的输入端连接，所述力采集器、编码器采集器均与上位机连接。

进一步地，所述上位机控制所述力采集器和编码器采集器的数据采集频率和数据发送频率。

进一步地，所述上位机包括数据采集模块、数据发送模块、处理模块、用户操作控制模块和数据图形化显示模块，所述电机驱动器的输出端、数据采集单元的输出端均与数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与处理模块的输入端连接，所述处理模块的输出端与数据发送模块的输入端连接，所述数据发送模块的输出端与电机驱动器的输入端、数据采集单元的输入端均连接，所述用户操作控制模块与数据采集模块、处理模块、数据发送模块均连接，所述数据采集模块的输出端、处理模块的输出端、数据发送模块的输出端均与数据图形化显示模块的输入端连接。

本发明所采用的另一技术方案是：一种柔性机械臂的测试方法，应用于所述的柔性机械臂的测试系统，包括以下步骤：

上位机根据机器人控制数学模型输出机械臂控制数据至电机驱动器以控制电机的工作，以带动所述柔性机械臂的驱动绳运动，所述机械臂控制数据包括驱动绳的理论拉力值和电机的理论转动角度；

力传感器获取所述柔性机械臂的驱动绳的实际拉力值，编码器获取所述电机的实际转动角度；

数据采集单元获取所述力传感器采集的驱动绳的实际拉力值和所述编码器采集的电机的实际转动角度；

所述上位机根据驱动绳的理论拉力值和驱动绳的实际拉力值、电机的理论转动角度和电机的实际转动角度分别获取驱动绳的拉力误差和电机的转动角度误差。

进一步地，所述上位机根据力传感器采集的驱动绳的实际拉力值和编码器采集的电机的实际转动角度图形化显示柔性机械臂的运动状态。

本发明的有益效果是：

本发明一种柔性机械臂的测试系统及其方法，测试系统包括上位机、电机驱动器、数据采集单元、电机、力传感器和编码器，数据采集单元用于采集力传感器和编码器的数据，力传感器用于获取柔性机械臂的驱动绳的拉力，编码器用于获取电机的转动角度；上位机输出机械臂控制数据控制电机驱动器以驱动电机工作，再利用力传感器和编码器获取驱动绳的实际拉力和电机的实际转动角度，获取机械臂控制数据的误差，实现对机械臂的性能测试，保障后续机械臂的正常使用。

本发明一种柔性机械臂的测试系统及其方法可广泛应用于机器人领域。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种柔性机械臂的测试系统的一具体实施例结构框图；

图2是本发明一种柔性机械臂的测试系统的一具体实施例立体示意图；

图3是本发明一种柔性机械臂的测试系统的上位机的一具体实施例结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种柔性机械臂的测试系统，参考图1，包括上位机100、中间数据采集转化单元200和测试台300，中间数据采集转化单元200包括电机驱动器和数据采集单元，测试台300包括若干电机、若干力传感器和若干编码器，数据采集单元用于实时采集力传感器和编码器的数据并进行数据传输，力传感器用于获取柔性机械臂的驱动绳的拉力，编码器用于获取电机的转动角度；上位机100与电机驱动器、数据采集单元均连接，力传感器的输出端、编码器的输出端均与数据采集单元的输入端连接，电机驱动器与电机连接，电机的输出端与力传感器连接，力传感器与柔性机械臂的驱动绳连接。其中，数据采集单元包括力采集器和编码器采集器，力采集器用于采集力传感器的数据并与上位机100进行通信，编码器采集器用于采集编码器的数据并与上位机100进行通信，力传感器的输出端与力采集器的输入端连接，编码器的输出端与编码器采集器的输入端连接，力采集器、编码器采集器均与上位机100连接。本实施例中，力传感器为拉力传感器，以直接获取柔性机械臂的驱动绳的拉力大小。力采集器采集力传感器的数据并且按照一定格式编码发送给上位机100，上位机100可以控制力采集器数据采集和发送数据的频率。编码器采集器采集编码器的数据并且按照一定格式编码发送给上位机100，上位机100可以控制编码器采集器的数据采集和发送数据的频率。

进一步地，参考图2，图2是本发明一种柔性机械臂的测试系统的一具体实施例立体示意图；测试系统包括上位机100、中间数据采集转化单元200和测试台300，测试台300设置有通用法兰301，通用法兰301用于安装柔性机械臂302，通用法兰301为不同大小的法兰盘加工在一个法兰工件上，可以实现测试台与不同柔性机械臂的对接。本实施例中，上位机100为电脑，柔性机械臂302为10个自由度以上的绳索驱动柔性机械臂。

作为技术方案的进一步改进，参考图1和图3，图3是本发明一种柔性机械臂的测试系统的上位机的一具体实施例结构框图，上位机100包括数据采集模块102、数据发送模块104、处理模块103、用户操作控制模块101和数据图形化显示模块105，电机驱动器的输出端、数据采集单元的输出端均与数据采集模块102的输入端连接，数据采集模块102的输出端与处理模块103的输入端连接，处理模块103的输出端与数据发送模块104的输入端连接，数据发送模块104的输出端与电机驱动器的输入端、数据采集单元的输入端均连接，用户操作控制模块101与数据采集模块102、处理模块103、数据发送模块104均连接，数据采集模块102的输出端、处理模块103的输出端、数据发送模块104的输出端均与数据图形化显示模块105的输入端连接。其中，数据采集模块102将数据解码和初步数据判断，因为中间数据采集转换单元所采集的数据不一定准确，数据采集模块102可以剔除明显错误的数据；处理模块103负责根据机器人控制数学模型控制机械臂的运动以及数据插值处理；数据发送模块104主要进行数据编码以发送用户控制指令，将处理模块103得到的数据编码为中间数据采集转化单元可以接受的格式；数据图形化显示模块105综合用户操作控制模块101和中间数据采集转化单元200得到的数据实时图形化显示机械臂的运动状态。本实施例中，上位机可以进行多线程数据处理；上位机发送位置、速度等机械臂控制指令给电机驱动器，电机驱动器驱动电机，同时电机驱动器还可以根据上位机的指令返回需要的数据。上位机可以根据中间数据采集转化单元得到的数据完成绳索驱动柔性机械臂的控制数据计算。

本发明中，参考图1至图3，基于上述的柔性机械臂的测试系统，还提供一种柔性机械臂的测试方法，包括以下步骤：

上位机100根据机器人控制数学模型输出机械臂控制数据至电机驱动器以控制电机的工作，电机的旋转带动柔性机械臂302的驱动绳运动，机械臂控制数据包括驱动绳的理论拉力值和电机的理论转动角度；

力传感器获取柔性机械臂302的驱动绳的实际拉力值，编码器获取电机的实际转动角度；

数据采集单元获取力传感器采集的驱动绳的实际拉力值和编码器采集的电机的实际转动角度；

上位机100根据驱动绳的理论拉力值和驱动绳的实际拉力值、电机的理论转动角度和电机的实际转动角度分别获取驱动绳的拉力误差和电机的转动角度误差。

本发明的测试方法中，上位机100输出机械臂控制数据控制电机驱动器以驱动电机工作，再利用力传感器和编码器获取驱动绳的实际拉力和电机的实际转动角度，获取机械臂控制数据的误差，测试绳索驱动柔性机械臂的运动性能、力学特性、控制精度等参数，实现对机械臂的测试，保障后续机械臂的正常使用。

参考图1至图3，上位机100是根据机器人控制数学模型给测试台300发送控制数据，并且根据数学模型控制数据图形化显示模块进行图形化显示；然后根据测试台300采集的数据更新数据图形化显示模块的显示内容，具体地，上位机根据力传感器采集的驱动绳的实际拉力值和编码器采集的电机的实际转动角度实时更新、图形化显示柔性机械臂的运动状态，方便测试人员观看。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种柔性机械臂的测试系统，其特征在于，包括上位机、电机驱动器、数据采集单元、电机、力传感器和编码器，所述数据采集单元用于采集力传感器和编码器的数据，所述力传感器用于获取所述柔性机械臂的驱动绳的拉力，所述编码器用于获取所述电机的转动角度；所述上位机与电机驱动器、数据采集单元均连接，所述力传感器的输出端、编码器的输出端均与数据采集单元的输入端连接，所述电机驱动器与电机连接，所述电机的输出端与力传感器连接，所述力传感器与所述柔性机械臂的驱动绳连接。

2.根据权利要求1所述的柔性机械臂的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括测试台，所述测试台设置有通用法兰，所述通用法兰用于安装柔性机械臂，所述通用法兰为不同大小的法兰盘加工在一个法兰工件上。

3.根据权利要求1所述的柔性机械臂的测试系统，其特征在于，所述力传感器为拉力传感器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的柔性机械臂的测试系统，其特征在于，所述数据采集单元包括力采集器和编码器采集器，所述力采集器用于采集力传感器的数据并与上位机进行通信，所述编码器采集器用于采集编码器的数据并与上位机进行通信，所述力传感器的输出端与力采集器的输入端连接，所述编码器的输出端与编码器采集器的输入端连接，所述力采集器、编码器采集器均与上位机连接。

5.根据权利要求4所述的柔性机械臂的测试系统，其特征在于，所述上位机控制所述力采集器和编码器采集器的数据采集频率和数据发送频率。

6.根据权利要求1至3任一项所述的柔性机械臂的测试系统，其特征在于，所述上位机包括数据采集模块、数据发送模块、处理模块、用户操作控制模块和数据图形化显示模块，所述电机驱动器的输出端、数据采集单元的输出端均与数据采集模块的输入端连接，所述数据采集模块的输出端与处理模块的输入端连接，所述处理模块的输出端与数据发送模块的输入端连接，所述数据发送模块的输出端与电机驱动器的输入端、数据采集单元的输入端均连接，所述用户操作控制模块与数据采集模块、处理模块、数据发送模块均连接，所述数据采集模块的输出端、处理模块的输出端、数据发送模块的输出端均与数据图形化显示模块的输入端连接。

7.一种柔性机械臂的测试方法，应用于权利要求1至6任一项所述的柔性机械臂的测试系统，其特征在于，包括以下步骤：

上位机根据机器人控制数学模型输出机械臂控制数据至电机驱动器以控制电机的工作，以带动所述柔性机械臂的驱动绳运动，所述机械臂控制数据包括驱动绳的理论拉力值和电机的理论转动角度；

力传感器获取所述柔性机械臂的驱动绳的实际拉力值，编码器获取所述电机的实际转动角度；

数据采集单元获取所述力传感器采集的驱动绳的实际拉力值和所述编码器采集的电机的实际转动角度；

所述上位机根据驱动绳的理论拉力值和驱动绳的实际拉力值、电机的理论转动角度和电机的实际转动角度分别获取驱动绳的拉力误差和电机的转动角度误差。

8.根据权利要求7所述的柔性机械臂的测试方法，其特征在于，所述上位机根据力传感器采集的驱动绳的实际拉力值和编码器采集的电机的实际转动角度图形化显示柔性机械臂的运动状态。