CN114413957A - 数字化舵机通用测试装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数字化舵机通用测试装置及系统。该装置可以包括：计算机通过串口及多路选择装置与舵机控制器连接，舵机控制器、加载装置、位置测量装置分别与舵机连接，加载装置、位置测量装置分别与计算机连接；其中，串口及多路选择装置用于提供连接多个不同型号的舵机控制器的串口并对计算机下发的串口指令和反馈数据进行数据转换；计算机通过串口及多路选择装置选择对至少一个舵机进行测试，并向对应的舵机控制器发送控制指令，以及根据反馈数据、实际力矩数据、实际位置数据计算舵机的偏差值。本发明通过设置串口及多路选择装置，实现对不同型号数字化舵机的指标测试，同时对多套产品进行测试，提高测试效率，保证测试结果的正确性。

Description

数字化舵机通用测试装置及系统

技术领域

本发明涉及数据处理及航空舵机技术领域，更具体地，涉及一种数字化舵机通用测试装置及系统。

背景技术

数字化舵机由于其抗干扰能力强等优势，在航空、导弹的应用领域越来越多，根据应用要求和输出轴作动方式的不同分为旋转式和直推式。

对于不同型号的数字化舵机，其作动要求指标和通讯协议完全不同，在对舵机进行测试时，测试人员需要根据测试协议及指标对不同型号舵机进行不同软件和测试装置的研发，耗费了大量的人力、物力。

现有技术中的舵机测试仪多为普通非通用的一般测试，且测试项目较少，模拟负载不符合现在飞机、导弹实际需求条件；另外其对现在数字化舵机性能指标测试方法表述不完整、不规范。

因此，有必要开发一种数字化舵机通用测试装置及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种数字化舵机通用测试装置及系统，其能够通过设置串口及多路选择装置，实现对不同型号数字化舵机的回零精度、灵敏度、线性度、限位、转速、频响、超调等指标测试，可同时对多套产品进行测试，提高了测试效率，保证了测试结果的正确性。

第一方面，本公开实施例提供了一种数字化舵机通用测试装置，包括计算机、串口及多路选择装置、舵机控制器、舵机、加载装置与位置测量装置；

所述计算机通过所述串口及多路选择装置与所述舵机控制器连接，所述舵机控制器、所述加载装置、所述位置测量装置分别与所述舵机连接，所述加载装置、所述位置测量装置分别与所述计算机连接；

舵机控制器能够控制多个舵机，所述舵机上设有自带的位置传感器，所述舵机控制器根据所述计算机下发的控制指令控制所述舵机作动，并获取所述位置传感器的反馈数据反馈至所述计算机；

所述加载装置与所述位置测量装置分别用于获得所述舵机的实际力矩数据与实际位置数据，并反馈至所述计算机；

其中，所述串口及多路选择装置用于提供连接多个不同型号的舵机控制器的串口并对所述计算机下发的串口指令和反馈数据进行数据转换；

所述计算机通过所述串口及多路选择装置选择对至少一个舵机进行测试，并向对应的舵机控制器发送所述控制指令，以及根据所述反馈数据、所述实际力矩数据、所述实际位置数据计算所述舵机的偏差值。

优选地，所述加载装置包括旋转式加载装置与直推式加载装置。

优选地，所述旋转式加载装置包括扭矩传感器、扭矩显示表、弹簧钢以及安装所述舵机与上述设备的固定台。

优选地，所述直推式加载装置包括力传感器、力显示表、弹簧、弹簧套筒以及安装所述舵机与上述设备的固定台。

优选地，所述位置测量装置为绝对式编码器和/或光栅尺。

第二方面，本公开实施例还提供了一种数字化舵机通用测试系统，包括：

测试参数设置模块，用于根据所述舵机的型号的进行波特率、工作行程、超调测试时的行程以及频响测试的幅值和频率的设置；

串口设置模块，根据设置的波特率以及所述计算机上的串口号，所述计算机通过所述串口及多路选择装置与所述舵机控制器进行数据连接，向所述舵机控制器发送所述控制指令；

路数及通道选择模块，当控制多个舵机控制器与多个舵机时，用于选择一个或多个控制对象；

测试项目及测试条件选择模块，用于针对所述路数及通道选择模块确定的控制对象，确定测试项目与测试条件；

数据接收模块，用于接收所述舵机、所述加载装置与所述位置测量装置反馈的数据；

计算模块，用于根据所述反馈数据、所述实际力矩数据、所述实际位置数据计算所述舵机的偏差值，

其中，测试参数设置模块设置参数后，所述计算机通过所述串口及多路选择装置连接至少一个舵机控制器，进而控制至少一个舵机，通过所述路数及通道选择模块，实现所述串口及多路选择装置的路数选择，确定对应的舵机控制器，确定所述测试项目与所述测试条件后，向所述舵机控制器发送所述控制指令，所述数据接收模块接收所述舵机、所述加载装置与所述位置测量装置反馈的所述反馈数据、所述实际力矩数据、所述实际位置数据，并发送至所述计算模块，计算所述舵机的偏差值。

优选地，所述计算机通过所述串口及多路选择装置连接所述舵机控制器后，将整个系统上电，同时进行系统自检，包括所述计算机与所述串口及多路选择装置之间、所述舵机控制器与所述舵机之间连接情况的自检，将自检结果经所述串口以多路选择装置反馈给所述计算机。

优选地，还包括：

模式切换模块，用于将所述舵机切换为工作模式或测试模式。

优选地，还包括：

单点控制模块，用于对所述舵机进行手动指令控制。

优选地，还包括：

位置测量装置显示模块，用于显示舵机作动的实际位置；

测试状态模块，用于显示正在测试的舵机的路径以及测试进度；

测试结果显示模块，用于显示测试的指标结果；

串口解析及曲线显示模块，用于显示通过串口的总包数以及通过校验的包数，实时显示所述舵机的自身反馈信息，以及所述加载装置与所述位置测量装置的反馈的数据。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的数字化舵机通用测试装置的示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的测试旋转式舵机的原理示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的测试直线式舵机的原理示意图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例1

图1示出了根据本发明的一个实施例的数字化舵机通用测试装置的示意图。

如图1所示，该数字化舵机通用测试装置包括计算机、串口及多路选择装置、舵机控制器、舵机、加载装置与位置测量装置；

计算机通过串口及多路选择装置与舵机控制器连接，舵机控制器、加载装置、位置测量装置分别与舵机连接，加载装置、位置测量装置分别与计算机连接；

舵机控制器能够控制多个舵机，舵机上设有自带的位置传感器，舵机控制器根据计算机下发的控制指令控制舵机作动，并获取位置传感器的反馈数据反馈至计算机；

加载装置与位置测量装置分别用于获得舵机的实际力矩数据与实际位置数据，并反馈至计算机；

其中，串口及多路选择装置用于提供连接多个不同型号的舵机控制器的串口并对计算机下发的串口指令和反馈数据进行数据转换；

计算机通过串口及多路选择装置选择对至少一个舵机进行测试，并向对应的舵机控制器发送控制指令，以及根据反馈数据、实际力矩数据、实际位置数据计算舵机的偏差值。

在一个示例中，加载装置包括旋转式加载装置与直推式加载装置。

在一个示例中，旋转式加载装置包括扭矩传感器、扭矩显示表、弹簧钢以及安装舵机与上述设备的固定台。

在一个示例中，直推式加载装置包括力传感器、力显示表、弹簧、弹簧套筒以及安装舵机与上述设备的固定台。

在一个示例中，位置测量装置为绝对式编码器和/或光栅尺。

具体地，该数字化舵机通用测试装置根据不同型号的数字化舵机及其通讯协议，先将计算机测试软件进行数字化舵机测试参数配置，其中，测试参数包括产品舵机的波特率、工作行程、超调测试角度、频响测试的幅值和频率。

数字化舵机通用测试装置包括计算机、串口及多路选择装置、舵机控制器、舵机、加载装置与位置测量装置；

计算机通过串口及多路选择装置与舵机控制器连接，舵机控制器、加载装置、位置测量装置分别与舵机连接，加载装置、位置测量装置分别与计算机连接；

舵机控制器能够控制多个舵机，舵机上设有自带的位置传感器，舵机控制器根据计算机下发的控制指令控制舵机作动，并获取位置传感器的反馈数据反馈至计算机；

加载装置与位置测量装置分别用于获得舵机的实际力矩数据与实际位置数据，并反馈至计算机。

图2示出了根据本发明的一个实施例的测试旋转式舵机的原理示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的测试直线式舵机的原理示意图。

其中，加载装置包括旋转式加载装置与直推式加载装置；旋转式加载装置包括扭矩传感器、扭矩显示表、弹簧钢以及安装舵机与上述设备的固定台；直推式加载装置包括力传感器、力显示表、弹簧、弹簧套筒以及安装舵机与上述设备的固定台。加载装置的受力部件主要采用可瞬间吸收能量的材质或结构，这样才能保障舵机往复运动测试的准确性，才能更高程度模拟弹上或机上的负载情况，旋转式加载装置的受力部件采用弹簧钢，舵机通过角位移传感器与旋转式加载装置连接，工作原理如图2所示；直推式加载装置的受力部件采用弹簧+弹簧套筒的结构方式，舵机通过线位移传感器与直推式加载装置连接，工作原理如图3所示。

位置测量装置是指外部检测数字化舵机作动位置的装置，例如绝对式编码器、光栅尺等。

其中，串口及多路选择装置用于提供连接多个不同型号的舵机控制器的串口并对计算机下发的串口指令和反馈数据进行数据转换；

不同型号、不同需求参数的数字化舵机控制器上电后，默认按照产品协议规定的波特率接受测试用控制协议指令，当连续2s内接收到测试用控制指令协议3帧(以产品规定的波特率)，则进入测试模式，反馈周期设置为2ms，此时舵机系统采用测试协议进行信息反馈。重新上电后或通过软件下发指令再转换成舵机工作模式。

计算机通过串口及多路选择装置选择对至少一个舵机进行测试，并向对应的舵机控制器发送控制指令，以及根据反馈数据、实际力矩数据、实际位置数据计算舵机的偏差值。

数字化舵机测试指标包括回零精度、灵敏度、线性度、限位、转速、频响、超调等，舵机指标测试及计算方法如下：

(1)线性度测试

测试方法：从负向工作行程起到正向工作行程区间内，控制信号每次增加一定行程，待舵机作动稳定动后记录舵机位置反馈值以及位置测量装置反馈值，分别计算舵机位置反馈的线性度和实际行程的线性度。

舵机位置反馈线性度计算方法：

(Max|反馈位置-理论位置|)/行程×100％。

实际行程的反馈线性度计算方法：

(Max|实际反馈位置-理论位置|)/行程×100％。

增加一定行程是指在针对不同作动方式的数字化舵机增加一定数值的行程控制量。

(2)回零精度测试

测试方法：先给出正行程控制信号，再给出零位控制信号，记录正零位角度反馈信号；给出负零位控制信号，再给出零位控制信号，

记录负零位角度反馈信号。

计算方法：回零精度＝(|正零位角度反馈信号|+|负零位角度反馈信号|)/2。

(3)超调量测试

测试方法：当舵机处于零位时，给出一定行程的阶跃信号，记录舵机作动过程中，位置传感器反馈的最大值C_max与舵机稳定后位置传感器反馈的值C_∞。

计算方法：

(4)灵敏度测试

测试方法：首先给出零位控制信号，当舵机稳定在零位后，记录舵机位置反馈。然后控制信号逐次增加，每次增加较小行程的控制信号。当位置传感器反馈位置增量≥规定行程时，控制信号停止增加。此时记录控制信号相比零位信号的增量，此增量即为灵敏度。

(5)转速测试

测试方法：分为空载转速测试和带载转速测试。空载转速测试时，不接入弹性力矩加载台，带载转速测试时，接入弹性负载加载台，且调整其最大力或力矩为规定值。先给出零位控制信号，舵机稳定后，给出一定行程的控制信号，使其满足力矩或力要求。记录位置传感器的反馈曲线。

计算方法：在曲线上取一定时间段内的位置反馈曲线值计算舵机转速：v＝(U2-U1)/Δt，U1表示开始位置，U2代表结束位置，Δt表示从开始位置到结束位置的时间。计算反向转速时，给出一定负向行程控制信号，其它与正向转速计算方法相同。

(6)频响测试

测试方法：由于频响测试需要计算机高频率向舵机控制器下发控制指令，一般的计算机下发频率不满足要求，可通过串口及多路选择装置向舵机控制器发送需要频响测试幅值和频率的控制指令，记录位置传感器的反馈信号。

计算方法：利用中值滤波后取最大值-最小值方法计算幅频特性，利用傅里叶变换方法计算相频特性。

(7)电气限位

测试方法：分别向舵机控制器给出数字化舵机的最大和最小工作行程控制信号，当舵机稳定后记录位置传感器的反馈信号。

给定舵机一定行程是指给定旋转舵机旋转角度控制指令，给定直线舵机位移距离控制指令。

舵机控制器是根据计算机下发的测试控制指令，控制舵机作动的控制器，内部为数字控制电路板并烧录嵌入式程序，可根据计算机经串口传输的指令进行分解，解析为控制舵机作动的指令，同时把数字化舵机的位置反馈给计算机。

实施例2

一种数字化舵机通用测试系统，包括：

测试参数设置模块，用于根据舵机的型号的进行波特率、工作行程、超调测试时的行程以及频响测试的幅值和频率的设置；

串口设置模块，根据设置的波特率以及计算机上的串口号，计算机通过串口及多路选择装置与舵机控制器进行数据连接，向舵机控制器发送控制指令；

路数及通道选择模块，当控制多个舵机控制器与多个舵机时，用于选择一个或多个控制对象；

测试项目及测试条件选择模块，用于针对路数及通道选择模块确定的控制对象，确定测试项目与测试条件；

数据接收模块，用于接收舵机、加载装置与位置测量装置反馈的数据；

计算模块，用于根据反馈数据、实际力矩数据、实际位置数据计算舵机的偏差值，

其中，测试参数设置模块设置参数后，计算机通过串口及多路选择装置连接至少一个舵机控制器，进而控制至少一个舵机，通过路数及通道选择模块，实现串口及多路选择装置的路数选择，确定对应的舵机控制器，确定测试项目与测试条件后，向舵机控制器发送控制指令，数据接收模块接收舵机、加载装置与位置测量装置反馈的反馈数据、实际力矩数据、实际位置数据，并发送至计算模块，计算舵机的偏差值。

在一个示例中，计算机通过串口及多路选择装置连接舵机控制器后，将整个系统上电，同时进行系统自检，包括计算机与串口及多路选择装置之间、舵机控制器与舵机之间连接情况的自检，将自检结果经串口以多路选择装置反馈给计算机。

在一个示例中，还包括：

模式切换模块，用于将舵机切换为工作模式或测试模式。

在一个示例中，还包括：

单点控制模块，用于对舵机进行手动指令控制。

在一个示例中，还包括：

位置测量装置显示模块，用于显示舵机作动的实际位置；

测试状态模块，用于显示正在测试的舵机的路径以及测试进度；

测试结果显示模块，用于显示测试的指标结果；

串口解析及曲线显示模块，用于显示通过串口的总包数以及通过校验的包数，实时显示舵机的自身反馈信息，以及加载装置与位置测量装置的反馈的数据。

具体地，数字化舵机通用测试系统包括：

测试参数设置模块，主要根据不同型号的舵机进行波特率、工作行程、超调测试时的行程以及频响测试的幅值和频率的设置；

串口设置模块，根据设置的波特率以及计算机上的串口号，计算机与舵机控制器进行数据连接，将整个系统上电，同时进行系统自检。系统自检主要包括计算机与串口及多路选择装置之间，舵机控制器与舵机之间连接情况的自检，将自检结果经串口以多路选择装置反馈给计算机进行判定；

模式切换模块，将舵机切换为工作模式或测试模式，测试模式主要进行舵机性能测试；工作模式是舵机和控制器正常工作时的状态，同时也需要对其通讯控制进行测试；

路数及通道选择模块，进行环境试验时为降低试验成本，需要对多套舵机产品同时进行性能检测。本系统最多可以同时对12套舵机控制器，每套舵机控制器控制4个舵机进行指标测试；此模块可选择针对第几套控制器、第几个舵机进行单独性能测试；

测试项目及测试条件选择模块，测试项目主要包括一键测试、线性度、灵敏度等性能舵机指标测试；测试条件是针对不同环境试验进行选择，主要包括：试验前、振动、温度循环、试验后等；一键测试是针对不同试验环境对舵机性能指标全部测试的选择键，当选择不同的试验环境时，一键测试的测试指标内容也会随之更改；

单点控制模块，主要对舵机进行手动指令控制，通过控制界面的调节部件，分别对应选择路数的4个舵机，调节该部件即可对舵机下发对应数值的控制指令，也可通过输入指令值对舵机进行指令的精确控制；

位置测量装置显示模块，通过串口及多路选择装置将位置测量装置与计算机连接，通过界面可事实观察舵机作动的实际位置；

测试状态模块，显示正在测试第几路第几个舵机，通过LED灯分别对应测试的进度；

测试结果显示模块，将测试的指标结果进行界面显示，可直观进行指标判；

串口解析及曲线显示模块，显示通过串口的总包数以及通过校验的包数，实时显示4个舵机反馈的位置曲线，可进行查询烧录到控制器嵌入式程序的版本日期及编译日期；将频响、转速、超调、线性度指标的测试过程进行曲线显示，方便对舵机动态性能的分析判断。

测试系统是通用测试方法的关键手段，在进行不同型号的数字化舵机指标测试时，输入舵机工作模式的波特率、工作行程、超调测试的角度、频响测试的幅值和频率，点击确认按钮后，测试软件相应的测试信息会随改变、设置。

在串口设置模块中选择串口号并对设备上电，上电正常且串口在接受信息后，点击模式切换按钮，使舵机处于测试模式状态，至此，舵机指标测试前的准备工作结束。

根据环境测试的条件在路数及通道选择模块，选择需要测试的舵机控制器以及需要测试的舵机，选择测试项目及测试条件，点击测试按钮，3个LED灯会实时显示测试状态。测试结束后，结果显示模块和曲线显示模块会显示相应的测试结果和曲线，并将测试数据保存至excel模板中，方便后期查看、分析、打印数据报告。

测试项目即为舵机的测试指标，测试条件分为试验前、振动、温度循环、试验后等选择条件。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种数字化舵机通用测试装置，其特征在于，包括计算机、串口及多路选择装置、舵机控制器、舵机、加载装置与位置测量装置；

所述计算机通过所述串口及多路选择装置与所述舵机控制器连接，所述舵机控制器、所述加载装置、所述位置测量装置分别与所述舵机连接，所述加载装置、所述位置测量装置分别与所述计算机连接；

舵机控制器能够控制多个舵机，所述舵机上设有自带的位置传感器，所述舵机控制器根据所述计算机下发的控制指令控制所述舵机作动，并获取所述位置传感器的反馈数据反馈至所述计算机；

所述加载装置与所述位置测量装置分别用于获得所述舵机的实际力矩数据与实际位置数据，并反馈至所述计算机；

其中，所述串口及多路选择装置用于提供连接多个不同型号的舵机控制器的串口并对所述计算机下发的串口指令和反馈数据进行数据转换；

所述计算机通过所述串口及多路选择装置选择对至少一个舵机进行测试，并向对应的舵机控制器发送所述控制指令，以及根据所述反馈数据、所述实际力矩数据、所述实际位置数据计算所述舵机的偏差值。

2.根据权利要求1所述的数字化舵机通用测试装置，其中，所述加载装置包括旋转式加载装置与直推式加载装置。

3.根据权利要求2所述的数字化舵机通用测试装置，其中，所述旋转式加载装置包括扭矩传感器、扭矩显示表、弹簧钢以及安装所述舵机与上述设备的固定台。

4.根据权利要求2所述的数字化舵机通用测试装置，其中，所述直推式加载装置包括力传感器、力显示表、弹簧、弹簧套筒以及安装所述舵机与上述设备的固定台。

5.根据权利要求1所述的数字化舵机通用测试装置，其中，所述位置测量装置为绝对式编码器和/或光栅尺。

6.一种数字化舵机通用测试系统，应用于权利要求1-5中任意一项的数字化舵机通用测试装置，其特征在于，包括：

测试参数设置模块，用于根据所述舵机的型号的进行波特率、工作行程、超调测试时的行程以及频响测试的幅值和频率的设置；

串口设置模块，根据设置的波特率以及所述计算机上的串口号，所述计算机通过所述串口及多路选择装置与所述舵机控制器进行数据连接，向所述舵机控制器发送所述控制指令；

路数及通道选择模块，当控制多个舵机控制器与多个舵机时，用于选择一个或多个控制对象；

测试项目及测试条件选择模块，用于针对所述路数及通道选择模块确定的控制对象，确定测试项目与测试条件；

数据接收模块，用于接收所述舵机、所述加载装置与所述位置测量装置反馈的数据；

计算模块，用于根据所述反馈数据、所述实际力矩数据、所述实际位置数据计算所述舵机的偏差值，

其中，测试参数设置模块设置参数后，所述计算机通过所述串口及多路选择装置连接至少一个舵机控制器，进而控制至少一个舵机，通过所述路数及通道选择模块，实现所述串口及多路选择装置的路数选择，确定对应的舵机控制器，确定所述测试项目与所述测试条件后，向所述舵机控制器发送所述控制指令，所述数据接收模块接收所述舵机、所述加载装置与所述位置测量装置反馈的所述反馈数据、所述实际力矩数据、所述实际位置数据，并发送至所述计算模块，计算所述舵机的偏差值。

7.根据权利要求6所述的数字化舵机通用测试装置，其中，所述计算机通过所述串口及多路选择装置连接所述舵机控制器后，将整个系统上电，同时进行系统自检，包括所述计算机与所述串口及多路选择装置之间、所述舵机控制器与所述舵机之间连接情况的自检，将自检结果经所述串口以多路选择装置反馈给所述计算机。

8.根据权利要求6所述的数字化舵机通用测试装置，其中，还包括：

模式切换模块，用于将所述舵机切换为工作模式或测试模式。

9.根据权利要求8所述的数字化舵机通用测试装置，其中，还包括：

单点控制模块，用于对所述舵机进行手动指令控制。

10.根据权利要求9所述的数字化舵机通用测试装置，其中，还包括：

位置测量装置显示模块，用于显示舵机作动的实际位置；

测试状态模块，用于显示正在测试的舵机的路径以及测试进度；

测试结果显示模块，用于显示测试的指标结果；

串口解析及曲线显示模块，用于显示通过串口的总包数以及通过校验的包数，实时显示所述舵机的自身反馈信息，以及所述加载装置与所述位置测量装置的反馈的数据。

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