CN113246174B - 一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统及方法，所述系统包括工控计算机、工作负载计算模块、工业机器人伺服控制器、待测工业机器人伺服系统、加载系统控制器、加载系统、转矩传感器、试验数据采集控制器、试验仪器及传感器。所述方法包括根据用户输入的工作负载模拟试验参数、当前时刻关节角位移、关节角速度、关节角加速度，计算出当前时刻待测工业机器人伺服系统承受的工作负载值；加载控制器控制加载系统对待测工业机器人伺服系统加载；待测工业机器人伺服系统按工作任务轨迹运行；试验数据采集控制器控制试验仪器和传感器采集测试数据，接收测试数据，将测试数据输入至工控计算机试验结果运算程序进行运算、分析、处理及试验结果显示。

Description

一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统及方法

技术领域

本发明涉及工业机器人伺服系统性能和可靠性测试技术领域，尤其涉及一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统及方法。

背景技术

现有工业机器人伺服系统安装于工业机器人关节处，其作用是根据控制系统的控制指令，输出相应的力矩、速度和位移，并通过减速装置，驱动工业机器人各连杆按照既定轨迹运行，使工业机器人完成指定的工作任务。工业机器人伺服系统在驱动工业机器人连杆完成相应工作轨迹过程中，会受到来自工业机器人本体及惯性等因素导致的工作负载。在工业机器人工作过程中，工业机器人伺服系统一方面需要抵抗该工作负载，另一方面需要稳定输出工业机器人完成指定工作任务所需的力矩、速度和位移。因此，若能在试验平台上模拟输出工业机器人伺服系统工作负载，考察工业机器人伺服系统在持续承受工作负载下的性能和可靠性，将更有针对性地指导工业机器人伺服系统的设计和研究，从而加速工业机器人伺服系统功能和性能的迭代和提升。

本发明公开一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统及方法，该测试系统及方法根据用户输入的待测工业机器人伺服系统对应工业机器人模拟参数，以及待测工业机器人伺服系统在当前时刻角位移测量值、角速度和角加速度估计值，计算在当前时刻施予待测工业机器人伺服系统的工作负载，并通过加载系统予以加载，达到模拟工业机器人伺服系统安装于工业机器人本体内的执行工作任务时的服役过程，并在过程中通过试验仪器和传感器采集测试数据进行运算、分析、处理，获得试验结果。该测试系统及方法实现对工业机器人伺服系统完成实际工作轨迹下功能和性能的直观考察，所获得的试验结果具有对工业机器人伺服系统设计和研究的针对性指导作用。

具体专利对比文件和相关文献为：

(1)“工业机器人伺服系统的复杂工况综合性能测试方法与装置”，专利申请号201911414744.7。该发明公开了工业机器人伺服系统的复杂工况综合测试方法与装置，通过加速检测伺服电机驱动工业机器人用伺服电机加速，以及通过两个音圈电机振动，实现了一种施加动态负载力矩、切向和径向扰动负载、扭转摆阵等多重模拟负载的伺服驱动系统测试装置。该测试方法与装置可模拟工业机器人非优化运动路径导致伺服电机急转急停工况、工业机器人伺服驱动系统轴端多自由度冲击载荷工况、工业机器人伺服驱动系统负载惯量和负载扭矩突变工况和机器人超速时伺服驱动系统性能变化工况。但是，该发明对于工业机器人伺服系统安装于工业机器人上执行任务时的工作负载工况没有考虑，而事实上，工业机器人伺服系统在服役过程中持续受到工作负载的影响，考虑工作负载工况对其研究更具针对性、普遍性、和实用意义。

(2)“工业机器人伺服电机测试系统”，专利号201510821021.4。该发明公开了一种工业机器人用伺服电机测试系统，通过将电脑上的仿真软件导入机器人3D模型，再通过PVI通讯和X20PLC连接，将仿真软件中机器人各个轴关节与待测的工业机器人伺服电机一一关联，而待测工业机器人伺服电机由交流电力测功机加载，待测工业机器人伺服电机和交流电力测功机通过弹性联轴器与转矩转速测量仪连接。该发明可有效反应伺服电机在机器人本体上的运动状态，测试效果好，适应性广。但是，该发明测试系统考虑安装于工业机器人所有关节伺服电机，需所有关节伺服电机参与测试方能实现测试，若仅考虑单个工业机器人伺服系统服役性能时，将造成其余伺服系统损耗，以及能源的不必要的浪费。此外，对于作为加载系统的交流电力测功机所要施加的负载值如何获得，该发明并未涉及。

(3)“一种伺服电机可靠性测试加载装置及使用方法”，专利号201810516556.4。该发明公开一种伺服电机可靠性测试加载装置和使用方法，通过松开螺母调整摩擦板距离，压紧带轮轴两端的轮，调整施加于待测伺服电机上的摩擦力，模拟伺服电机在实际作业中的扭矩；又通过小电机工作使齿轮旋转带动齿条上下移动，进而带动杠杆转臂上下移动提供待测伺服电机竖直方向的力。该加载装置在测试过程中真实模拟出伺服电机实际加工过程中的受力条件，有效降低伺服电机性能测试成本，提高伺服电机的使用性能。但是，该发明公开的加载装置需手动调节螺母调整负载扭矩大小，并不适用于工业机器人伺服系统工作负载随着工业机器人伺服系统运动轨迹变化而改变的情况。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统及方法，该测试系统及方法通过模拟输出待测工业机器人伺服系统安装于工业机器人本体中执行相应工作轨迹下的工作负载，并对该工作状态下的待测工业机器人伺服系统进行性能和可靠性测试。从而实现对工业机器人伺服系统完成实际工作轨迹下功能和性能的直观考察，指导工业机器人伺服系统功能设计及性能提升。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统，包括：

工控计算机、工作负载计算模块、工业机器人伺服控制器、待测工业机器人伺服系统、加载系统控制器、加载系统、转矩传感器、试验数据采集控制器、试验仪器及传感器；所述

工控计算机，用于录入工作负载模拟试验参数，提供工作负载计算的常数项参量矩阵，及对采集的测试数据进行运算、分析、处理及试验结果输出；

工作负载计算模块，用于计算待测工业机器人伺服系统在当前时刻所要承受的工作负载力矩值；

工业机器人伺服控制器，用于控制待测工业机器人伺服系统按照完成其对应工业机器人工作任务的关节运动轨迹运行；

待测工业机器人伺服系统，是进行性能和可靠性测试的工业机器人伺服系统测试样品；

加载系统控制器，用于控制加载系统对待测工业机器人伺服系统施加相应的模拟工作负载；

加载系统，用于执行给待测工业机器人伺服系统施加所模拟的工作负载力矩；

转矩传感器，用于检测待测工业机器人伺服系统在当前时刻所承受的加载力矩值，并将该力矩信号反馈至加载系统控制器；

试验数据采集控制器，用于控制试验仪器和传感器对待测工业机器人伺服系统测试数据进行采集，接收测试数据，并将接收的测试数据传输至工控计算机；

试验仪器及传感器，根据试验数据采集控制器控制信号对待测工业机器人伺服系统进行测试数据采集。

一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试方法，包括：

步骤A、用户通过工控计算机输入待测工业机器人伺服系统对应的关节运动轨迹和工业机器人模拟参数；

步骤B、工控计算机上的关节力矩方程推导程序根据所输入的工业机器人模拟参数，推导工业机器人伺服系统对应关节力矩方程；

步骤C、工控计算机上的力矩方程常数项计算程序根据所推导的关节力矩方程推导关节力矩计算相关常数项，并根据所输入的工业机器人模拟参数参量值，计算参与关节力矩计算的常数项参量矩阵；

步骤D、工业机器人伺服控制器根据由工业机器人运动轨迹转化的位移指令，以及由编码器获得的角位移反馈信号输出待测工业机器人伺服系统运动控制信号；

步骤E、待测工业机器人伺服系统根据工业机器人伺服控制器的控制信号运行，工业机器人伺服电机配套的编码器实时采集相应的角位移信号；

步骤F、工作负载计算模块中的速度和加速度估计单元根据由编码器采集的角位移信号实现工业机器人伺服系统速度和加速度的估计，并转化为待测工业机器人伺服系统关节角位移、关节角速度、关节角加速度；

步骤G、工作负载计算模块中的工作负载计算单元根据所得到的关节角位移、关节角速度、关节角加速度值、及当前时刻常数项参量值，计算得到当前时刻的关节力矩值，并转化成当前时刻待测工业机器人伺服系统工作负载力矩值；

步骤H、加载系统控制器根据计算得到的工作负载力矩值，以及由转矩传感器采集的加载反馈信号输出加载系统加载控制信号；

步骤I、加载系统根据加载控制信号对待测工业机器人伺服系统进行加载；

步骤J、试验数据采集控制器控制各试验仪器及传感器对待测工业机器人伺服系统测试数据进行采集，接收测试数据，并将所接收的测试数据传输至工业计算机；

步骤K、工业计算机的试验结果运算程序中对所输入的测试数据进行运算、分析、处理，并最后输出试验结果。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

(1)本测试系统相较于在工业机器人本体上考察工业机器人伺服系统性能和可靠性的测试方法，效率更高、成本更低、适用性更广；

(2)本测试系统能实时计算当前时刻待测工业机器人伺服系统承受的工作负载，并通过加载系统施加于待测工业机器人伺服系统，能在试验条件下考察待测工业机器人伺服系统在工业机器人本体上完成其工作任务轨迹的能力，为发现其问题及后续改进提供可能；

(3)本测试系统通过试验仪器及传感器采集待测工业机器人伺服系统在承受工作负载完成其工作任务轨迹下性能及可靠性测试数据，由此获得的试验结果将能更有针对性地指导工业机器人伺服系统的设计和研究，从而加速工业机器人伺服系统功能和性能的迭代和提升。

附图说明

图1是工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统框架示意图；

图2是工业机器人伺服系统工作负载模拟测试方法实现流程图；

图3是二自由度串联型工业机器人结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统，包括：工控计算机1，用于录入工作负载模拟试验参数，提供工作负载计算的常数项参量矩阵，及对采集的测试数据进行运算、分析、处理及试验结果输出；工作负载计算模块2，用于计算待测工业机器人伺服系统在当前时刻所要承受的工作负载力矩值；工业机器人伺服控制器3，用于控制待测工业机器人伺服系统根据所模拟的工业机器人运动轨迹运动；待测工业机器人伺服系统4，是进行性能和可靠性测试的工业机器人伺服系统测试样品；加载系统控制器5，用于控制加载系统对待测工业机器人伺服系统施加模拟的工作负载；加载系统6，用于执行给待测工业机器人伺服系统施加所模拟的工作负载力矩；转矩传感器7，用于检测待测工业机器人伺服系统在当前时刻所承受的加载力矩值，并将加载信号反馈到加载系统控制器；试验数据采集控制器8，用于控制试验仪器和传感器对待测工业机器人伺服系统测试数据进行采集，接收测试数据，并将接收的测试数据传输至工控计算机；试验仪器及传感器9，根据试验数据采集控制器控制信号对待测工业机器人伺服系统进行测试数据采集。

所述待测工业机器人伺服系统通过第一转动轴及第一连轴器与所述转距传感器的一端连接，转距传感器的另一端通过第二传动轴及第二连轴器与所述加载系统连接，组成实验平台。所述工控机计算机上安装有关节力矩方程推导程序、关节力矩方程常数项计算程序及试验结果运算程序；其中：关节力矩方程推导程序根据用户输入的工业机器人模拟参数推导出待测工业机器人伺服系统对应工业机器人关节力矩方程，并传输至关节力矩方程常数项计算程序；关节力矩方程常数项计算程序根据关节力矩方程推导程序获得的关节力矩方程，结合用户输入的工业机器人模拟参数与待测工业机器人伺服系统运动状态参数关系，计算待测工业机器人伺服系统对应关节力矩计算常数项参量矩阵，并输入工作负载计算模块的工作负载模拟计算单元；试验结果运算程序对由试验数据采集控制器接收的测试数据进行运算、分析、处理及试验结果输出。

所述工作负载计算模块包括速度和加速度估计单元及工作负载模拟计算单元；其中：速度和加速度估计单元，根据待测工业机器人伺服系统在当前时刻的角位移测量值，估计工业机器人伺服系统角速度和角加速度值，并转化为待测工业机器人伺服系统关节角位移、关节角速度、关节角加速度，传输至工作负载模拟计算单元；工作负载模拟计算单元，根据当前时刻的待测工业机器人伺服系统关节角位移、关节角速度和关节角加速度，以及关节力矩方程常数项参量矩阵，计算工业机器人伺服系统当前时刻的关节力矩值，并转化成待测工业机器人伺服系统工作负载力矩值传输至加载系统控制器。

所述待测工业机器人伺服系统包括工业机器人伺服驱动器、工业机器人伺服电机及安装于伺服电机上的编码器；其中：工业机器人伺服驱动器，接收工业机器人伺服控制器控制信号，并根据控制信号驱动工业机器人伺服电机运转；安装于伺服电机上的编码器，采集伺服电机角位移信号，并作为反馈信号传输至所述的工业机器人伺服控制器。

所述加载系统为一力矩伺服系统，包括伺服驱动器和伺服电机；其中：伺服驱动器接收所述的加载系统控制器控制信号，并根据控制信号驱动加载伺服电机输出相应加载力矩。

所述加载系统控制器，用于接收工作负载计算模块的工作负载模拟计算单元计算得到的当前时刻工作负载力矩值，以及转矩传感器采集的加载反馈信号，并输出加载控制信号至加载系统。

如图2所示，本实施例还提供一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试方法，包括如下步骤：

步骤10、用户通过工控计算机输入待测工业机器人伺服系统对应的关节运动轨迹和工业机器人模拟参数；

步骤20、工控计算机上的关节力矩方程推导程序根据所输入的工业机器人模拟参数，推导工业机器人伺服系统对应关节力矩方程；

步骤30、工控计算机上力矩方程常数项计算程序根据所推导的关节力矩方程推导关节力矩计算相关常数项，并根据所输入的工业机器人模拟参数参量值，计算参与关节力矩计算的常数项参量矩阵；

步骤40、工业机器人伺服控制器根据由工业机器人运动轨迹转化的位移指令，以及由编码器获得的角位移反馈信号输出待测工业机器人伺服系统运动控制信号；

步骤50、待测工业机器人伺服系统根据工业机器人伺服控制器的控制信号运行，工业机器人伺服电机配套的编码器实时采集相应的角位移信号；

步骤60、工作负载计算模块中的速度和加速度估计单元根据由编码器采集的角位移信号实现工业机器人伺服系统速度和加速度的估计，并转化为待测工业机器人伺服系统关节角位移、关节角速度、关节角加速度；

步骤70、工作负载计算模块中的工作负载计算单元根据所得到的关节角位移、关节角速度、关节角加速度值、及当前时刻常数项参量值，计算得到当前时刻的加载力矩值，并转化成当前时刻待测工业机器人伺服系统工作负载力矩值；

步骤80、加载系统控制器根据计算得到的工作负载力矩值，以及由转矩传感器采集的加载反馈信号输出加载系统加载控制信号；

步骤90、加载系统根据加载控制信号对待测工业机器人伺服系统进行加载；

步骤100、试验数据采集控制器控制各试验仪器及传感器对待测工业机器人伺服系统测试数据进行采集，接收测试数据，并将所接收的测试数据传输至工业计算机；

步骤110、工业计算机的试验结果运算程序中对所输入的测试数据进行运算、分析、处理，并最后输出试验结果。

如图3所示，为二自由度串联型工业机器人结构示意图。下面以安装于二自由度串联型工业机器人第二关节伺服系统工作负载模拟测试为例，对本发明公开的测试系统及方法进行描述。

上述步骤10，用户通过工控计算机输入二自由度串联型工业机器人第二关节运动轨迹

(t∈[1,T]，T为该工业机器人完成1次任务的周期)，和工业机器人模拟参数，如下表所示。

表1二自由度串联型工业机器人模拟参数

值得注意的是，上述由用户输入的参数，除静态参数外，动态参数q₁,

及第二关节运动轨迹q₂均为1×T的向量。

另，为简化表达，在不做特别说明下，以下步骤运算均定义为在t时刻下的运算，且在各表达式中，t时刻下动态参数

及第二关节运动轨迹

变量表达式右上角t省略。即，不做特殊说明，以下步骤公式中，有如下关系式：

上述步骤20，工控计算机上的关节力矩方程推导程序根据所输入的工业机器人模拟参数，推导工业机器人伺服系统对应关节力矩方程。对于本实施例，其式如下：

上述步骤30，工控计算机上的力矩方程常数项计算程序根据所推导的关节力矩方程推导关节力矩计算相关常数项，并根据所输入的工业机器人模拟参数参量值，计算参与关节力矩计算的常数项参量矩阵。

在本实施例中，即对公式(2)，将待测工业机器人伺服系统对应关节角位移q₂、关节角速度

和关节角加速度

作为公因式提取，提取后与q₂,

无关的系数项，即为求解当前时刻关节力矩所需的常数项。

对公式(2)以q₂,

作为公因式提取后，得到式如下：

其中，上式中(·)部分即为待测工业机器人伺服系统关节力矩计算的常数项，可知，各常数项均为由工业机器人模拟参数组成的表达式，因此，可将在步骤10中输入的各参数参量值代入各常数项获得常数参量值。

对于本实施例，在t时刻下，共有常数项6个，分别如下：

又，由上式(4)，根据q₁,

不同时刻的值，可得到常数项参量矩阵，如下所示：

获得常数项参量矩阵后，当计算t时刻关节力矩时，只需取常数项矩阵第t行元素与t时刻第二关节动态变量值

代入式(2)运算，即能获得t时刻待测工业机器人第二关节力矩值

上述步骤40，将该工业机器人第二关节运动轨迹转化成待测工业机器人伺服系统的位移指令，其关系式如下：

工业机器人伺服控制器根据该位移指令

以及由工业机器人伺服电机上的编码器获得的角位移反馈信号θ₂，输出相应控制信号e_θ至待测工业机器人伺服系统；

上述步骤50，待测工业机器人伺服系统根据工业机器人伺服控制器的控制信号e_θ运行，工业机器人伺服电机配套的编码器实时采集工业机器人伺服电机的角位移信号θ₂；

上述步骤60，工作负载计算模块中的速度和加速度估计单元根据由编码器采集的角位移信号θ₂对工业机器人伺服系统角速度值和角加速度值进行估计，并将待测工业机器人伺服系统角位移值θ₂、角速度估计值

和角加速度估计值

转化成关节角位移q₂、关节角速度

和关节角加速度

其转化公式如下：

上述步骤70，工作负载计算模块中的工作负载计算单元根据步骤60获得关节角位移q₂、关节角速度

和关节角加速度

以及步骤30获得的常数项矩阵对应当前时刻的常数项参量值，按公式(2)计算工业机器人关节力矩值τ_d2。

又，根据待测工业机器人第二关节力矩值与工业机器人伺服系统所承受工作负载关系，计算得到待测工业机器人伺服系统工作负载值τ₂，其关系式如下：

上述步骤80，加载系统控制器根据工作负载计算单元计算得到的加载力矩值τ₂，以及由转矩传感器采集的加载反馈信息τ_f输出加载控制信号e_τ至加载系统；

上述步骤90，加载系统根据加载控制信号e_τ对待测工业机器人伺服系统施加模拟工作负载，待测工业机器人伺服系统在模拟工作负载下运行；

上述步骤100，试验数据采集控制器控制各试验仪器及传感器对待测工业机器人伺服系统测试数据进行采集，接收测试数据，并将所接收的测试数据传输至工控计算机的试验结果运算程序；

上述步骤110，工控计算机上的试验结果运算程序对所输入的测试数据进行运算、分析、处理，并输出和显示试验结果。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统，其特征在于，所述系统包括工控计算机、工作负载计算模块、工业机器人伺服控制器、待测工业机器人伺服系统、加载系统控制器、加载系统、转矩传感器、试验数据采集控制器、试验仪器及传感器；所述

工控计算机，用于录入工作负载模拟试验参数，提供工作负载计算的常数项参量矩阵，及对采集的测试数据进行运算、分析、处理及试验结果输出；

工作负载计算模块，用于计算待测工业机器人伺服系统在当前时刻所要承受的工作负载力矩值；

工业机器人伺服控制器，用于控制待测工业机器人伺服系统按照完成其对应工业机器人工作任务的关节运动轨迹运行；

待测工业机器人伺服系统，是进行性能和可靠性测试的工业机器人伺服系统测试样品；

加载系统控制器，用于控制加载系统对待测工业机器人伺服系统施加相应的模拟工作负载；

加载系统，用于执行给待测工业机器人伺服系统施加所模拟的工作负载力矩；

转矩传感器，用于检测待测工业机器人伺服系统在当前时刻所承受的加载力矩值，并将该力矩信号反馈至加载系统控制器；

试验数据采集控制器，用于控制试验仪器和传感器对待测工业机器人伺服系统测试数据进行采集，接收测试数据，并将接收的测试数据传输至工控计算机；

试验仪器及传感器，根据试验数据采集控制器控制信号对待测工业机器人伺服系统进行测试数据采集；

所述工控计算机上安装有关节力矩方程推导程序、关节力矩方程常数项计算程序及试验结果运算程序；其中：

关节力矩方程推导程序根据用户输入的工业机器人模拟参数推导出待测工业机器人伺服系统对应工业机器人关节力矩方程，并传输至关节力矩方程常数项计算程序；

关节力矩方程常数项计算程序根据关节力矩方程推导程序获得的关节力矩方程，结合用户输入的工业机器人模拟参数与待测工业机器人伺服系统运动状态参数关系，计算待测工业机器人伺服系统对应关节力矩计算常数项参量矩阵，并输入工作负载计算模块的工作负载模拟计算单元；

试验结果运算程序对由试验数据采集控制器接收的测试数据进行运算、分析、处理及试验结果输出。

2.如权利要求1所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统，其特征在于，所述待测工业机器人伺服系统通过第一转动轴及第一连轴器与转距传感器的一端连接，转距传感器的另一端通过第二传动轴及第二连轴器与所述加载系统连接，组成实验平台。

3.如权利要求1所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统，其特征在于，所述工作负载计算模块包括速度和加速度估计单元及工作负载模拟计算单元；其中：

速度和加速度估计单元，根据待测工业机器人伺服系统在当前时刻的角位移测量值，估计工业机器人伺服系统角速度和角加速度值，并转化为待测工业机器人伺服系统关节角位移、关节角速度、关节角加速度，传输至工作负载模拟计算单元；

工作负载模拟计算单元，根据当前时刻的待测工业机器人伺服系统关节角位移、关节角速度和关节角加速度，以及关节力矩方程常数项参量矩阵，计算工业机器人伺服系统当前时刻的关节力矩值，并转化成待测工业机器人伺服系统工作负载力矩值传输至加载系统控制器。

4.如权利要求1所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统，其特征在于，所述待测工业机器人伺服系统包括工业机器人伺服驱动器、工业机器人伺服电机及安装于伺服电机上的编码器；其中：

工业机器人伺服驱动器，接收工业机器人伺服控制器控制信号，并根据控制信号驱动工业机器人伺服电机运转；

安装于伺服电机上的编码器，采集伺服电机角位移信号，并作为反馈信号传输至所述的工业机器人伺服控制器。

5.如权利要求1所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统，其特征在于，所述加载系统为一力矩伺服系统，包括伺服驱动器和伺服电机；其中：伺服驱动器接收所述的加载系统控制器控制信号，并根据控制信号驱动加载伺服电机输出相应加载力矩。

6.如权利要求1所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统，其特征在于，所述加载系统控制器，用于接收工作负载计算模块的工作负载模拟计算单元计算得到的当前时刻工作负载力矩值，以及转矩传感器采集的加载反馈信号，并输出加载控制信号至加载系统。

7.一种如权利要求1所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统的测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤A、用户通过工控计算机输入待测工业机器人伺服系统对应的关节运动轨迹和工业机器人模拟参数；

步骤B、工控计算机上的关节力矩方程推导程序根据所输入的工业机器人模拟参数，推导工业机器人伺服系统对应关节力矩方程；

步骤C、工控计算机上的力矩方程常数项计算程序根据所推导的关节力矩方程推导关节力矩计算相关常数项，并根据所输入的工业机器人模拟参数参量值，计算参与关节力矩计算的常数项参量矩阵；

步骤D、工业机器人伺服控制器根据由工业机器人运动轨迹转化的位移指令，以及由编码器获得的角位移反馈信号输出待测工业机器人伺服系统运动控制信号；

步骤E、待测工业机器人伺服系统根据工业机器人伺服控制器的控制信号运行，工业机器人伺服电机配套的编码器实时采集相应的角位移信号；

步骤F、工作负载计算模块中的速度和加速度估计单元根据由编码器采集的角位移信号实现工业机器人伺服系统速度和加速度的估计，并转化为待测工业机器人伺服系统关节角位移、关节角速度、关节角加速度；

步骤G、工作负载计算模块中的工作负载计算单元根据所得到的关节角位移、关节角速度、关节角加速度值、及当前时刻常数项参量值，计算得到当前时刻的关节力矩值，并转化成当前时刻待测工业机器人伺服系统工作负载力矩值；

步骤H、加载系统控制器根据计算得到的工作负载力矩值，以及由转矩传感器采集的加载反馈信号输出加载系统加载控制信号；

步骤I、加载系统根据加载控制信号对待测工业机器人伺服系统进行加载；

步骤J、试验数据采集控制器控制各试验仪器及传感器对待测工业机器人伺服系统测试数据进行采集，接收测试数据，并将所接收的测试数据传输至工业计算机；

步骤K、工业计算机的试验结果运算程序中对所输入的测试数据进行运算、分析、处理，并最后输出试验结果。

8.如权利要求7所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统的测试方法，其特征在于，所述的步骤A中，用户通过工控计算机输入待测工业机器人伺服系统对应的关节运动轨迹和工业机器人模拟参数；

其中，待测工业机器人伺服系统对应关节运动轨迹为一时间向量，其式形如下：

其中，T为所模拟工业机器人完成1次任务的周期，q_i为待测工业机器人伺服系统安装关节的关节位移，

为第t时刻的关节角位移；

工业机器人模拟参数包括两部分：①动态参数：除待测工业机器人伺服系统对应关节外其余关节在完成工业机器人工作任务下的各时刻关节角位移、关节角速度、关节角加速度向量值；②静态参数：待测工业机器人伺服系统对应工业机器人D-H参数、关节连杆质量，及待测工业机器人伺服系统对应关节减速器的减速比和效率。

9.如权利要求7所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统的测试方法，其特征在于，所述的步骤B中，工业机器人伺服系统对应关节力矩方程是根据步骤A中输入的工业机器人模拟参数，按照工业机器人逆动力学推导的方程，其通式形如下：

其中，q,

为工业机器人各关节角位移、角速度及角加速度，φ为工业机器人惯性参数，包括工业机器人D-H参数、关节连杆质量。

10.如权利要求7所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统的测试方法，其特征在于，

所述的步骤C中，由力矩方程常数项计算程序获得的参与关节力矩计算的常数项参量矩阵：

首先，根据关节力矩方程推导关节力矩计算相关常数项，其方法是根据所推导的关节力矩方程，将待测工业机器人伺服系统对应关节角位移、关节角速度和关节角加速度作为公因式提取，提取后方程的系数项，即为求解当前时刻关节力矩所需的常数项；对于工业机器人第i关节伺服系统测试，t时刻下的常数项，其通式行如下：

k∈[1,K],j＝1,2,...,n且j≠i

其中，K为常数项的个数，q_j,

为除待测工业机器人伺服系统对应关节外其余关节在完成工业机器人工作任务下t时刻的关节角位移、关节角速度、关节角加速度值；

然后，根据q_j,

不同时刻的值，可得到常数项参量矩阵，其形如下：

其中，φ为工业机器人惯性参数，包括工业机器人D-H参数、关节连杆质量。

11.如权利要求7所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统的测试方法，其特征在于，所述的步骤F中，所获得工业机器人伺服系统角位移测量值、角速度和角加速度估计值，需根据待测工业机器人伺服系统关节传动关系，将其转化成关节力矩计算相关的待测工业机器人伺服系统关节角位移、关节角速度、关节角加速度值，其转化关系式形如下：

其中，θ_i待测工业机器人伺服系统角位移值、

角速度估计值、

角加速度估计值。

12.如权利要求7所述的工业机器人伺服系统工作负载模拟测试系统的测试方法，其特征在于，所述的步骤G中，所计算得到当前时刻的关节力矩值，需根据待测工业机器人伺服系统关节传动关系，将其转化成当前时刻待测工业机器人伺服系统工作负载力矩值，其转化关系式形如下：

其中，τ_i为当前时刻待测工业机器人伺服系统工作负载力矩值，N_i、η_i为工业机器人第i关节减速器减速比、第i关节对应减速器效率，τ_di为当前时刻关节力矩值。

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