机械人关节性能测试台研究

论文摘要

机器人学的研究一直是科技发展比较活跃的领域之一,机器人的关节作为机器人的关键组成部分,其性能的好坏直接影响机器人的性能。因此对关节的性能检测就变得越来越重要。首先介绍了机器人关节的组成并设计了一种基于虚拟仪器用于测试机器人关节性能的测试台,并且在此基础上对原设计的测试台进行改造设计了能够满足关节刚度性能测试要求的关节刚度性能测试台。通过对机器人关节的动静态性能参数的准确测试能为关节提供准确的综合性能评定,从而对设计的关节性能进行准确定位,为关节更好地满足所需设计要求提供可靠的依据。该测试台采用光电编码器间接获取关节速度,在高速时,光电编码器能够很好的获取关节的速度性能,而在低速状态下获取的速度不够准确,为此采用了卡尔曼滤波算法对关节低速做了很好的估计。通过Matlab环境下的仿真和在测试平台上的实验结果表明,采用卡尔曼滤波技术进行低速的辅助检测可以提高设计的测试系统对关节转速和位置的动静态性能测试的准确度。与传统的关节测试台相比,该测试台不仅能够在常温下测试关节性能,而且还能在空间低轨道温度交变的环境下保证关节性能测量的可靠性。并且通过对测试台进行改造,设计了满足关节刚度性能测试的测试台,避免了关节刚度性能单独测试,达到一台多用的目的。利用ANSYS有限元分析软件对关节测试台进行综合分析,从分析结果看该测试台能够在常态环境以及空间低轨道温度交变的环境下保证关节的测试精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 机器人关节技术
• 1.2.2 机械传动链动态检测装置发展
• 1.2.3 当前传动链转动模块性能测试技术
• 1.3 课题的目的及意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 机器人关节及性能测试方法选择
• 2.1 机器人关节的组成与分类
• 2.2 课题研究的关节组成与分类
• 2.2.1 课题研究的关节种类及组成
• 2.2.2 课题研究的关节性能参数
• 2.3 机器人关节性能测试方法的选择
• 第3章 基于低速辅助测量的卡尔曼滤波算法设计
• 3.1 卡尔曼滤波器原理
• 3.2 基于卡尔曼滤波器低速测试仿真
• 3.2.1 卡尔曼滤波观测器的设计
• 3.2.2 基于卡尔曼滤波器的低速测试仿真
• 第4章 机器人关节性能测试台设计方案
• 4.1 关节及测试台的工作环境
• 4.2 机器人关节性能及测试台技术指标要求及方案设计
• 4.3 机器人关节性能测试台器件选型
• 4.3.1 光电编码器
• 4.3.2 扭矩传感器
• 4.3.3 磁粉制动器
• 4.3.4 电子功率测试仪
• 4.3.5 联轴器选择
• 4.4 机器人关节性测试平台总体设计
• 4.4.1 测试台机加工配件设计及装配保证
• 4.4.2 机器人关节测试台结构分析
• 4.5 机器人关节刚度性能测试台设计
• 4.5.1 蜗轮蜗杆支架的设计
• 4.5.2 弹簧的校核
• 4.5.3 蜗轮蜗杆的设计
• 4.6 机器人关节性能测试台软件设计
• 第5章 机器人关节性能测试分析
• 5.1 测试平台的精度分析
• 5.2 关节驱动器的设计
• 5.3 关节性能测试
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢