并/混联机构与机器人性能参数测试系统技术方案

本发明专利技术属于机构学与机器人学领域，针对现有测试技术不足，本发明专利技术提出一种适用于并/混联机构与机器人的性能参数测试系统，克服现有测试设备参数不稳定、易受环境因素影响等缺陷。该系统包括支撑平台、测试装置、上位机和伺服控制系统，测试装置可拆卸安装在支撑平台上；所述的测试装置包括拉绳编码器、滑轮座、滚动轴承和测试平台，六角平台的各边中间位置分别连接有拉绳编码器，各拉绳编码器的拉绳末端固定于测试平台的边缘处，测试平台与被测机构的末端执行器固定在一起，测试平台随被测机构的末端执行器运动并拉动拉绳编码器的拉绳。本发明专利技术通过6个拉绳编码器，在不知机构运动学模型的基础上可以准确绘制被测部件的运动位置以及姿态轨迹。

Parallel / hybrid mechanism and robot performance parameter test system

The invention belongs to the field of mechanics and robotics, aiming at the shortage of existing test technology, the invention provides a suitable and / hybrid mechanism and robot performance parameter testing system, to overcome the existing test equipment parameters are not stable and easy to be affected by environmental factors and other defects. The system includes a platform, test device, host computer and servo control system support, testing device is detachably mounted on the support platform; the test device includes a pull rope encoder, pulley seat, rolling bearing and testing platform, six angle platform each side of the middle position are respectively connected with a pull rope at the edge of the encoder. Pull rope rope end fixed on the encoder test platform, test platform and the measured mechanism of the end effector is fixed together with the measured test platform of end effector motion mechanism and a pull rope rope encoder. The invention can accurately draw the moving position and the attitude trajectory of the measured part on the basis of the kinematic model of the unknown mechanism through 6 rope pulling encoders.

【技术实现步骤摘要】
并/混联机构与机器人性能参数测试系统
本专利技术涉及一种并/混联机构与机器人性能参数测试系统，属于机构学与机器人学领域。
技术介绍
并/混联机构与机器人一直以来是机构学与机器人学领域中最为活跃的分支之一。并/混联机构的构型不断被创新，其应用越来越广泛。针对各种构型的并/混联机构，其应用与机构的性能参数密切相关。并/混联机构的性能参数包括末端执行器参考点的运动轨迹、速度和加速度、末端执行器的位置和姿态、工作空间等运动学参数和功率、受力特性等动力学参数。目前测试并/混联机构运动轨迹的方法主要有三坐标测量仪、激光跟踪仪。三坐标测量仪是将被测物体置于三坐标测量仪的测量空间中，通过探头以很高精度获取被测物体的运动参数，但其测量参数范围受限、易受环境因素影响、价格昂贵。激光跟踪仪是一种高精度、大尺寸的测量仪器，效率高、操作简便，但动态速度受限制、操作温度不易控制且价格昂贵。申请人经过检索，专利（201110032162.X）公开了一种负载模拟器，通过模拟器本身的运动使与被测机构连杆发生弹性变形来对被测机构施加负载。本专利技术测试系统属于从动系统，本身不带主动部件，与本专利技术的测试原理不同。专利（201410637388.6）公开了一种基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置，该装置仅用到了1个拉绳编码器，不能测出被测机构的实际运动轨迹，且对未知的运动学模型机构不能绘制运动轨迹。针对以上不足，本专利技术专利公开的并/混联机构的运动学测试方法，采用6个拉绳编码器，在不知机构运动学模型的情形下可以准确绘制被测部件的运动位置以及姿态轨迹，测试性能稳定，适应环境能力强。专利
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有测试技术不足，提出一种适用于并/混联机构与机器人的性能参数测试系统，克服现有测试设备参数不稳定、易受环境因素影响等缺陷。该系统装置简单、成本较低、测试精度高，能准确绘制被测并/混联机构的运动轨迹以及电机输出力矩，为并/混联机构的构型设计及性能参数的优化提供实验手段。为达到专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种并/混联机构与机器人性能参数测试系统，该系统包括支撑平台、测试装置、上位机和伺服控制系统，测试装置可拆卸安装在支撑平台上。所述支撑平台为立柱式钢框架结构，钢框架支撑平台的顶部内侧安装有正六边形六角平台，六角平台底部安装有测试装置，将被测机构同时与测试装置和伺服控制系统连接，伺服控制系统驱动控制被测机构的运动，测试装置将被测机构的直线运动转换为旋转运动并通过测试装置的驱动编码功能将模拟量输出，再将测试装置的模拟量输出通道与上位机连接。所述的测试装置包括拉绳编码器、滑轮座、滚动轴承和测试平台，所述正六边形六角平台的各边中间位置分别连接有拉绳编码器，测试平台设于六角平台的正下方，各拉绳编码器的拉绳末端通过滑轮座和滚动轴承导向后固定于测试平台的边缘处，测试平台与被测机构的末端执行器固定在一起，测试平台随被测机构的末端执行器运动并拉动拉绳编码器的拉绳。所述的测试平台为正三角形板状结构，拉绳编码器的拉绳末端相邻两两一组固定于测试平台的顶角处。所述的伺服控制系统包括电控箱体、伺服驱动器和工控机，伺服驱动器和工控机安装于电控箱体上，上位机、伺服驱动器和工控机通过端子接线板与电控箱体连接，伺服驱动器驱动伺服电机使被测机构运动，电控箱体通过伺服驱动器、上位机分别控制被测机构的运动以及接收拉绳编码器的反馈结果。所述支撑平台是由方钢管连接组成的钢框架，六角平台固定在钢框架顶部的方钢管上，钢框架的竖向方钢管上连接有两根相互平行的横向角铁梁，横向角铁梁可沿方钢管上下移动调整位置，横向角铁梁上安装有水平方向、用于放置被测机构的钢板。所述钢框架的竖向方钢管上开有竖向滑槽或设置若干竖向等间隔的螺栓孔，角铁梁通过螺栓安装于滑槽的不同高度处或不同高度的螺栓孔处。所述钢框架的竖向方钢管的底部安装有带支承座的滑轮组。一种并/混联机构与机器人性能参数测试方法，基于如权利要求7所述的并/混联机构与机器人性能参数测试系统完成，具体测试步骤如下：编码器的零点标定：每次运转被测机构之前，必须对各拉绳编码器进行零点标定，通过将测试平台移动到零点位置，初始化各拉绳编码器即可。连接被测机构：将被测机构的末端执行器与测试系统的测试平台用螺栓连接；并将各拉绳编码器的拉绳末端连接到测试平台上；运转被测机构并记录参数：打开测试软件，开始周期性采集拉绳编码器返回的脉冲数、伺服驱动器的电机位置以及电机力矩数据，并记录到上位机文本进行保存；重复运转被测机构，使被测机构遍历所有可到达的位置；换算分析被测机构的运动学即动力学性能：由测试系统输出的运动轨迹集合为被测机构的工作空间，根据运动轨迹与动力学模型计算驱动关节力矩，并将计算所得的驱动关节力矩与实际采集的电机力矩进行对比，进而验证动力学模型的正确性。本专利技术采用6个拉绳编码器，在不知机构运动学模型的基础上可以准确绘制被测部件的运动位置以及姿态轨迹，具有如下有益效果：本专利技术所述的并/混联机构与机器人性能参数测试系统可对动平台参考点的运动轨迹、位置和姿态、速度加速度、工作空间等运动性能进行测试。同时，本专利技术通过将6个编码器成正六边形布置，使测试系统呈全对称结构，具有各向同性的良好性能，可有效保证测试精度；且因间距角度的一致性，方便了测试系统的运动学正解计算。本专利技术所述的并/混联机构与机器人性能参数测试系统可对不同构型的动平台进行测试，如图4、5所示的平面构型、空间构型。本专利技术所述的并/混联机构与机器人性能参数测试系统尺寸可调，可根据并/混联机构的实际尺寸调节其角铁梁的位置，从而调节放置并/混联机构的钢板的位置。本专利技术所述的并/混联机构与机器人性能参数测试系统的工作位置可变，需要改变其工作位置时可通过测试系统底部的滑轮组将其推到下一个工作地点，工作状态时只需把支撑座拧出即可。附图说明图1为拉绳编码器正运动学模型图；图2为测试装置的等效机构图；图3为测试装置和支撑平台的连接示意图；图4为伺服控制系统的结构示意图；图5为测试装置的结构示意图；图6为空间并联机构测试状态示意图；图7为平面并联机构测试状态示意图；图8为本专利技术的测试原理。图中标号：1-钢框架，2-六角平台，3-M12×25六角螺丝，4-拉绳编码器，5-M4×20内六角螺钉，6-滑轮座，7-滚动轴承、销轴，8-M5×16内六角螺钉，9-测试平台，10-角铁梁，11-钢板，12-M10×20内六角螺钉，13-滑轮组，14-M12×25六角螺丝，15-M10×20六角螺丝，16-端子接线板，17-M3×15内六角螺钉，18-电控箱体，19-M3×10内六角螺钉，20-伺服驱动器，21-工控机、22-被测机构。具体实施方案一种并/混联机构与机器人性能参数测试系统，该系统包括支撑平台、测试装置、上位机和伺服控制系统，测试装置可拆卸安装在支撑平台上；所述支撑平台为立柱式钢框架结构，钢框架支撑平台的顶部内侧安装有正六边形六角平台2，六角平台2底部安装有测试装置，被测机构同时与测试装置和伺服控制系统连接，伺服控制系统驱动控制被测机构的运动，测试装置将被测机构的直线运动转换为旋转运动并通过测试装置的驱动编码功能将模拟量输出，测试装置的模拟量输出通道与上位机连接。所述支撑平台的结构如图3所示，是由方钢管连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并/混联机构与机器人性能参数测试系统，其特征在于：该系统包括支撑平台、测试装置、上位机和伺服控制系统，测试装置可拆卸安装在支撑平台（1）上；所述支撑平台（1）为立柱式钢框架结构，钢框架支撑平台的顶部内侧安装有正六边形六角平台（2），六角平台（2）的底部安装有测试装置，将被测机构同时与测试装置和伺服控制系统连接，伺服控制系统驱动控制被测机构的运动，测试装置将被测机构的位姿变化转换为六条拉绳编码器拉绳的长度变化并通过脉冲方式输出给运动控制器。

【技术特征摘要】
1.一种并/混联机构与机器人性能参数测试系统，其特征在于：该系统包括支撑平台、测试装置、上位机和伺服控制系统，测试装置可拆卸安装在支撑平台（1）上；所述支撑平台（1）为立柱式钢框架结构，钢框架支撑平台的顶部内侧安装有正六边形六角平台（2），六角平台（2）的底部安装有测试装置，将被测机构同时与测试装置和伺服控制系统连接，伺服控制系统驱动控制被测机构的运动，测试装置将被测机构的位姿变化转换为六条拉绳编码器拉绳的长度变化并通过脉冲方式输出给运动控制器。2.根据权利要求1所述的并/混联机构与机器人性能参数测试系统，其特征在于：所述的测试装置包括拉绳编码器（4）、滑轮座（6）、滚动轴承（7）和测试平台（9），正六边形六角平台（2）的各边中间位置分别连接有拉绳编码器（4），测试平台（9）设于六角平台（2）的正下方，各拉绳编码器（4）的拉绳末端通过滑轮座（6）和滚动轴承（7）导向后固定于测试平台（9）的边缘处，测试平台（9）与被测机构的末端执行器固定在一起，测试平台（9）随被测机构的末端执行器运动而拉动拉绳编码器（4）的拉绳。3.根据权利要求2所述的并/混联机构与机器人性能参数测试系统，其特征在于：所述的测试平台（9）为正三角形板状结构，拉绳编码器（4）的拉绳末端相邻两两一组固定于测试平台（9）的顶角处。4.根据权利要求3所述的并/混联机构与机器人性能参数测试系统，其特征在于：所述的伺服控制系统包括电控箱体（18）、伺服驱动器（20）和工控机（21），伺服驱动器（20）和工控机（21）安装于电控箱体（18）上，上位机、伺服驱动器（20）和工控机（21）通过端子接线板（16）与电控箱体（18）连接，伺服驱动器（20）驱动伺服电机使被测机构运动，电控箱体（18）通过伺服驱动器（20）、上位机分别控制被测机构的运动以及接收拉绳编码器（4）的反馈结果。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞琴，马春生，梁世杰，孟宏伟，李志宾，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14