舵机是机器人执行姿态变换的关键部件,其质量对机器人的性能和可靠性起决定性作用,近年来随着机器人行业的蓬勃发展,小型舵机凭借其高效可靠、兼容性高、工艺性好等特性,引起了人们的广泛关注和深入研究。探索小型舵机的承载、效率、精度、失效等性能的影响因素和变化规律,对提高机器人主机设备的运动控制能力、环境适应能力、协同作业能力等具有重要意义。但由于小型舵机体积小、质量轻、种类众多且控制方法多样,其性能影响因素及变化规律复杂,目前的测量手段单一,测量项目较少,无法满足人们对能够实现快速更迭、快速交付的自动化测试系统的需求。本文从自动化测量的角度出发,结合机、光、电、计算机技术研制出机器人小型舵机综合性能测试平台。它的特点在于不用对舵机进行拆装即可分析舵机的传动性能,同时监控舵机全周期过程中的电力参数、机械特性以及反向启动特性,考虑包括控制电路在内的伺服单元整体的综合特性,从而形成一个更加完整、全面的舵机全局质量评价体系,主要研究内容包括:(1)测量原理及方法研究对舵机传动特性的定义及测量原理,包括传动误差及回差进行了研究,比较了舵机回差的静态测量与动态测量的测量原理与利弊。介绍了舵机性能测试的测量原理,分析了工作状态下舵机电流、转速、功率、效率与转矩之间的关系,对现有的测试技术进行改进。对舵机反启动转矩的定义与测量原理进行研究,为舵机综合性能测试系统的研制提供了理论依据。(2)测试系统总体设计基于舵机综合性能的测量原理与方法,确定了总体设计要求,包括设计指导思想和设计指标。提出了小型舵机综合性能测试系统的总体设计方案,并对方案进行了分析。重点介绍了测试系统的工作原理及系统组成。对测试系统的关键技术进行了简要分析。(3)机械系统设计综合考虑功能、精度、成本等因素,进行了机械系统的总体结构设计。进行了关键部件的设计,包括要包括舵机夹具的设计以及轴系结构的设计等,分别介绍舵机夹具的特点、设计原理、安装方式,并分析夹具如何保证测试系统的同轴度要求,以及轴系的机械结构、设计参数。(4)测控系统设计根据测控系统的总体要求进行了测控系统整体方案设计。进行了运动控制系统与数据采集系统的设计,包括电机选型计算和运动控制,圆光栅、转速转矩传感器的选型计算,整个信号采集系统的连接。进行了测控软件开发,包括开发工具的选择、软件的总体方案设计、软件流程设计。(5)精度检定与样机试验在研制的小型舵机综合性能测试系统上,根据机械系统精度检定项目、方法、误差要求进行了精度检定,结果表明机械系统精度满足设计要求。对测试系统进行重复性试验,介绍舵机各项性能的测量过程,对不同规格的舵机进行分组测试,给出不同变量下的测量曲线,对测量数据进行汇总,同时验证测试系统设计的合理性,以及测试系统对舵机设计过程的重要意义。