机器人模块化关节：关节性能测试平台

1 模块化关节

关节的具体形式主要包含

• 模块化关节
• 分离式关节

模块化关节（KUKA）的具体特征如下所示：

分离式关节(WAM)具体特征如下所示：

2 模块化关节测试平台

机械臂模块化关节的特点：

（1）关节内部减速机构多采用谐波减速器实现，而动力来源一般都通过直流无刷电机实现；

（2）关节内部具有丰富的传感功能：如角度传感器、输出端力矩传感器、电机相电流传感器和温度传感器等；

（3）关节采用机、电、热一体化设计思想，体现了关节高集成度和智能化；

（4）关节内部通讯方式一般采用实时串行通讯总线结构，使关节内部走线最小化；

模块化关节是机器人的重要零部件，也是机器人的核心技术。其核心的性能指标主要体现在：

• 定位精度
• 负载能力

采用特定的测试设备检验这两个性能指标是否满足设计指标要求显得尤为重要。其具体的检测方法主要有：

• 直接测试法
• 间接测试法

由于关节的定位精度要求较高，所以对关节定位精度采用直接测量法，故在设计测试平台时将高精度编码器直接与关节相连。由于关节的输出力矩较大，考虑到力矩传感器、磁粉制动器的费用和体积等因素，很难找到量程相匹配的力矩传感器和磁粉制动器，故在测试平台上引入了齿轮增速器环节，从而有效的解决的加载和力矩测量的问题。

关节性能测试平台

由于大关节的输入力矩较大，若直接采用磁粉制动器进行加载并且采用力 矩传感器进行测量，势必造成力矩传感器和磁粉制动器的体积较大，而且价格也很昂贵，为此本文采用南京高载齿轮有限公司生产的齿轮增速器把关节输出力矩降低，这样就可以采用小量程的力矩传感器和磁粉制动器，从而克服上述问题。

另外，为了保证上述器件中心在同一个高度，结构设计时在每个器件下面设有调整垫片，从而使各个器件中心高度具有可调整行，因增速器的重量比较大，不易移动，故首先固定齿轮增速器，然后分别调整两边的器件的垫片使其与齿轮增速器中心同高。而水平方向同轴度则通过人工进行调整。另外，各个联轴器都是弹性的，能够补偿一定的不同轴误差。

关节定位精度测试原理：

首先通过磁粉制动器进行加载，加载力矩的大小可以通过程控控制器进行调节，然后使关节在该负载下按照一定的轨迹进行运动，测试平台上的编码器可以检测关节输出端角度，关节内位置编码器同样能够反馈关节输出角度，将测试平台上编码器数值和关节内编码器角度值进行对比，得出关节在此种负载和速度条件下的定位精度。

负载能力测试原理：

根据关节设计指标，让关节运转在常用工况下即特定负载和特定速度下，特定负载通过调节磁粉制动器电流来控制，负载大小通过力矩传感器检测，特定速度通过调节轨迹规划时间和规划角度来实现，检验在该种工况下的位置跟踪精度，从而判断关节的负载能力。