本發(fā)明涉及一種并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，屬于機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人一直以來(lái)是機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域中最為活躍的分支之一。并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型不斷被創(chuàng)新，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。針對(duì)各種構(gòu)型的并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)，其應(yīng)用與機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)密切相關(guān)。并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)包括末端執(zhí)行器參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度、末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)、工作空間等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和功率、受力特性等動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

目前測(cè)試并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡的方法主要有三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光跟蹤儀。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x是將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)量空間中，通過(guò)探頭以很高精度獲取被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，但其測(cè)量參數(shù)范圍受限、易受環(huán)境因素影響、價(jià)格昂貴。激光跟蹤儀是一種高精度、大尺寸的測(cè)量?jī)x器，效率高、操作簡(jiǎn)便，但動(dòng)態(tài)速度受限制、操作溫度不易控制且價(jià)格昂貴。

申請(qǐng)人經(jīng)過(guò)檢索，專利（201110032162.x）公開(kāi)了一種負(fù)載模擬器，通過(guò)模擬器本身的運(yùn)動(dòng)使與被測(cè)機(jī)構(gòu)連桿發(fā)生彈性變形來(lái)對(duì)被測(cè)機(jī)構(gòu)施加負(fù)載。本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)屬于從動(dòng)系統(tǒng)，本身不帶主動(dòng)部件，與本發(fā)明的測(cè)試原理不同。

專利（201410637388.6）公開(kāi)了一種基于拉繩編碼器的串聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)誤差測(cè)量裝置，該裝置僅用到了1個(gè)拉繩編碼器，不能測(cè)出被測(cè)機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，且對(duì)未知的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型機(jī)構(gòu)不能繪制運(yùn)動(dòng)軌跡。針對(duì)以上不足，本發(fā)明專利公開(kāi)的并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)試方法，采用6個(gè)拉繩編碼器，在不知機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的情形下可以準(zhǔn)確繪制被測(cè)部件的運(yùn)動(dòng)位置以及姿態(tài)軌跡，測(cè)試性能穩(wěn)定，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對(duì)現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)不足，提出一種適用于并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人的性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，克服現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備參數(shù)不穩(wěn)定、易受環(huán)境因素影響等缺陷。該系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)單、成本較低、測(cè)試精度高，能準(zhǔn)確繪制被測(cè)并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡以及電機(jī)輸出力矩，為并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)及性能參數(shù)的優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)手段。

為達(dá)到發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括支撐平臺(tái)、測(cè)試裝置、上位機(jī)和伺服控制系統(tǒng)，測(cè)試裝置可拆卸安裝在支撐平臺(tái)上。

所述支撐平臺(tái)為立柱式鋼框架結(jié)構(gòu)，鋼框架支撐平臺(tái)的頂部?jī)?nèi)側(cè)安裝有正六邊形六角平臺(tái)，六角平臺(tái)底部安裝有測(cè)試裝置，將被測(cè)機(jī)構(gòu)同時(shí)與測(cè)試裝置和伺服控制系統(tǒng)連接，伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制被測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，測(cè)試裝置將被測(cè)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并通過(guò)測(cè)試裝置的驅(qū)動(dòng)編碼功能將模擬量輸出，再將測(cè)試裝置的模擬量輸出通道與上位機(jī)連接。

所述的測(cè)試裝置包括拉繩編碼器、滑輪座、滾動(dòng)軸承和測(cè)試平臺(tái)，所述正六邊形六角平臺(tái)的各邊中間位置分別連接有拉繩編碼器，測(cè)試平臺(tái)設(shè)于六角平臺(tái)的正下方，各拉繩編碼器的拉繩末端通過(guò)滑輪座和滾動(dòng)軸承導(dǎo)向后固定于測(cè)試平臺(tái)的邊緣處，測(cè)試平臺(tái)與被測(cè)機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器固定在一起，測(cè)試平臺(tái)隨被測(cè)機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)并拉動(dòng)拉繩編碼器的拉繩。

所述的測(cè)試平臺(tái)為正三角形板狀結(jié)構(gòu)，拉繩編碼器的拉繩末端相鄰兩兩一組固定于測(cè)試平臺(tái)的頂角處。

所述的伺服控制系統(tǒng)包括電控箱體、伺服驅(qū)動(dòng)器和工控機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)器和工控機(jī)安裝于電控箱體上，上位機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和工控機(jī)通過(guò)端子接線板與電控箱體連接，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)使被測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，電控箱體通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)分別控制被測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)以及接收拉繩編碼器的反饋結(jié)果。

所述支撐平臺(tái)是由方鋼管連接組成的鋼框架，六角平臺(tái)固定在鋼框架頂部的方鋼管上，鋼框架的豎向方鋼管上連接有兩根相互平行的橫向角鐵梁，橫向角鐵梁可沿方鋼管上下移動(dòng)調(diào)整位置，橫向角鐵梁上安裝有水平方向、用于放置被測(cè)機(jī)構(gòu)的鋼板。

所述鋼框架的豎向方鋼管上開(kāi)有豎向滑槽或設(shè)置若干豎向等間隔的螺栓孔，角鐵梁通過(guò)螺栓安裝于滑槽的不同高度處或不同高度的螺栓孔處。

所述鋼框架的豎向方鋼管的底部安裝有帶支承座的滑輪組。

一種并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試方法，基于如權(quán)利要求7所述的并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)完成，具體測(cè)試步驟如下：

編碼器的零點(diǎn)標(biāo)定：每次運(yùn)轉(zhuǎn)被測(cè)機(jī)構(gòu)之前，必須對(duì)各拉繩編碼器進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，通過(guò)將測(cè)試平臺(tái)移動(dòng)到零點(diǎn)位置，初始化各拉繩編碼器即可。

連接被測(cè)機(jī)構(gòu)：將被測(cè)機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器與測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)用螺栓連接；并將各拉繩編碼器的拉繩末端連接到測(cè)試平臺(tái)上；

運(yùn)轉(zhuǎn)被測(cè)機(jī)構(gòu)并記錄參數(shù)：打開(kāi)測(cè)試軟件，開(kāi)始周期性采集拉繩編碼器返回的脈沖數(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)位置以及電機(jī)力矩?cái)?shù)據(jù)，并記錄到上位機(jī)文本進(jìn)行保存；重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)被測(cè)機(jī)構(gòu)，使被測(cè)機(jī)構(gòu)遍歷所有可到達(dá)的位置；

換算分析被測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)即動(dòng)力學(xué)性能：由測(cè)試系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)軌跡集合為被測(cè)機(jī)構(gòu)的工作空間，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡與動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)力矩，并將計(jì)算所得的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)力矩與實(shí)際采集的電機(jī)力矩進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的正確性。

本發(fā)明采用6個(gè)拉繩編碼器，在不知機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上可以準(zhǔn)確繪制被測(cè)部件的運(yùn)動(dòng)位置以及姿態(tài)軌跡，具有如下有益效果：

本發(fā)明所述的并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)動(dòng)平臺(tái)參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡、位置和姿態(tài)、速度加速度、工作空間等運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，本發(fā)明通過(guò)將6個(gè)編碼器成正六邊形布置，使測(cè)試系統(tǒng)呈全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，具有各向同性的良好性能，可有效保證測(cè)試精度；且因間距角度的一致性，方便了測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解計(jì)算。

本發(fā)明所述的并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)不同構(gòu)型的動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，如圖4、5所示的平面構(gòu)型、空間構(gòu)型。

本發(fā)明所述的并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)尺寸可調(diào)，可根據(jù)并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)際尺寸調(diào)節(jié)其角鐵梁的位置，從而調(diào)節(jié)放置并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的鋼板的位置。

本發(fā)明所述的并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的工作位置可變，需要改變其工作位置時(shí)可通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)底部的滑輪組將其推到下一個(gè)工作地點(diǎn)，工作狀態(tài)時(shí)只需把支撐座擰出即可。

附圖說(shuō)明

圖1為拉繩編碼器正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型圖；

圖2為測(cè)試裝置的等效機(jī)構(gòu)圖；

圖3為測(cè)試裝置和支撐平臺(tái)的連接示意圖；

圖4為伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)測(cè)試狀態(tài)示意圖；

圖7為平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)測(cè)試狀態(tài)示意圖；

圖8為本發(fā)明的測(cè)試原理。

圖中標(biāo)號(hào)：1-鋼框架，2-六角平臺(tái)，3-m12×25六角螺絲，4-拉繩編碼器，5-m4×20內(nèi)六角螺釘，6-滑輪座，7-滾動(dòng)軸承、銷軸，8-m5×16內(nèi)六角螺釘，9-測(cè)試平臺(tái)，10-角鐵梁，11-鋼板，12-m10×20內(nèi)六角螺釘，13-滑輪組，14-m12×25六角螺絲，15-m10×20六角螺絲，16-端子接線板，17-m3×15內(nèi)六角螺釘，18-電控箱體，19-m3×10內(nèi)六角螺釘，20-伺服驅(qū)動(dòng)器，21-工控機(jī)、22-被測(cè)機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方案

一種并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括支撐平臺(tái)、測(cè)試裝置、上位機(jī)和伺服控制系統(tǒng)，測(cè)試裝置可拆卸安裝在支撐平臺(tái)上；

所述支撐平臺(tái)為立柱式鋼框架結(jié)構(gòu)，鋼框架支撐平臺(tái)的頂部?jī)?nèi)側(cè)安裝有正六邊形六角平臺(tái)2，六角平臺(tái)2底部安裝有測(cè)試裝置，被測(cè)機(jī)構(gòu)同時(shí)與測(cè)試裝置和伺服控制系統(tǒng)連接，伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制被測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，測(cè)試裝置將被測(cè)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并通過(guò)測(cè)試裝置的驅(qū)動(dòng)編碼功能將模擬量輸出，測(cè)試裝置的模擬量輸出通道與上位機(jī)連接。

所述支撐平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，是由方鋼管連接組成的鋼框架1，六角平臺(tái)2連接在鋼框架14頂部的方鋼管上，鋼框架1的豎向方鋼管上活動(dòng)連接有兩根相互平行的橫向角鐵梁10，角鐵梁10上安裝有水平方向、用于放置被測(cè)機(jī)構(gòu)的鋼板11；所述的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括拉繩編碼器4、滑輪座6、滾動(dòng)軸承7和測(cè)試平臺(tái)9。

其中，鋼框架1用于固定六角平臺(tái)2以及被測(cè)機(jī)構(gòu)，所述六角平臺(tái)2通過(guò)六角螺栓3固定于剛框架1頂部，所述拉繩編碼器4通過(guò)m4×20內(nèi)六角螺釘5固定于六角平臺(tái)2的六條邊的中點(diǎn)處，滑輪座6安裝在拉繩編碼器4拉繩的出口處，所述滾動(dòng)軸承7安裝在滑輪座6上，起到對(duì)拉繩的導(dǎo)向作用。拉繩編碼器4的拉繩端部?jī)蓛梢唤M固定于所述測(cè)試平臺(tái)9的三個(gè)頂點(diǎn)處，測(cè)試平臺(tái)9與被測(cè)機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器固定在一起，測(cè)試平臺(tái)9隨被測(cè)機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)并拉動(dòng)拉繩編碼器4的拉繩。所述角鐵梁10用于將所述鋼板11固定于鋼框架1上。所述鋼板11用于放置并固定被測(cè)機(jī)構(gòu)。

所述的伺服控制系統(tǒng)如圖4所示，包括電控箱體18、伺服驅(qū)動(dòng)器20和工控機(jī)21，伺服驅(qū)動(dòng)器20和工控機(jī)21安裝于電控箱體18上，上位機(jī)（編碼器系統(tǒng)）、伺服驅(qū)動(dòng)器20和工控機(jī)21通過(guò)端子接線板16與電控箱體18連接，伺服驅(qū)動(dòng)器20的伺服電機(jī)是被測(cè)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)被測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，電控箱體18通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器20、上位機(jī)分別控制被測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)以及接收拉繩編碼器4的反饋結(jié)果。

被測(cè)機(jī)構(gòu)通過(guò)螺栓固定在支撐平臺(tái)的鋼板11上，將測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)通過(guò)螺栓固定于被測(cè)機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器上。6個(gè)拉繩編碼器4在六角平臺(tái)上按照正六邊形均布，相鄰兩個(gè)編碼器4的拉繩連接于測(cè)試平臺(tái)的一點(diǎn)。其中滾動(dòng)軸承7安裝在拉繩編碼器4拉繩的出處，起到對(duì)拉繩的導(dǎo)向作用。

伺服電機(jī)編碼器、伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制器負(fù)責(zé)控制并/混聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，拉繩編碼器4負(fù)責(zé)采集動(dòng)平臺(tái)各點(diǎn)與拉繩編碼器4安裝位置的距離。

本發(fā)明的測(cè)試原理如圖8所示，電機(jī)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)讀伺服電機(jī)編碼器位置獲取、電機(jī)力矩通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器將力矩參數(shù)通過(guò)模擬量輸出通道發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制器模擬量輸入通道，然后經(jīng)過(guò)上位機(jī)程序讀取模擬輸入通道數(shù)據(jù)。測(cè)試時(shí)，動(dòng)平臺(tái)需和被檢測(cè)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)固定，動(dòng)平臺(tái)隨之運(yùn)動(dòng)，同時(shí)拉動(dòng)拉繩編碼器的拉繩，拉繩編碼器將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將其參數(shù)變化以數(shù)字化的形式顯示出來(lái)。各拉繩長(zhǎng)度通過(guò)編碼器發(fā)送給控制器的脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出來(lái)，根據(jù)各拉繩長(zhǎng)度以及拉繩編碼器的安裝幾何位置關(guān)系計(jì)算動(dòng)平臺(tái)上選取的參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度加速度、動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài)。

拉繩編碼器正運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方法：

對(duì)于拉繩編碼器系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解求解采用數(shù)值解方法，為提高求解速度首先要對(duì)非線性方程組采取降維運(yùn)算。如圖1所示，考慮一個(gè)三棱錐i-bde，△bde為三棱錐的底面，i為三棱錐的頂點(diǎn)。建立連接于三棱錐上的坐標(biāo)系b-x'y'z'，其中y'軸沿方向，z'軸垂直于底面△bde，而x'軸方向取決于矢量叉積。三棱錐的4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)示于圖1中，設(shè)3個(gè)棱邊的長(zhǎng)分別為lbi,ldi,lei，由幾何關(guān)系可以建立如下方程：

(1)

根據(jù)方程式(1)可以解算出頂點(diǎn)坐標(biāo)，再經(jīng)坐標(biāo)變換到基坐標(biāo)系o-xyz下。

將測(cè)試裝置看成一個(gè)三角平臺(tái)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其等效機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

將該機(jī)構(gòu)看成由三個(gè)三棱錐構(gòu)成，即三棱錐i-bde、g-ifa和h-big。其中a、b、c、d、e、f六個(gè)點(diǎn)為編碼器安裝點(diǎn)，i、g、h為動(dòng)平臺(tái)三個(gè)頂點(diǎn)，可通過(guò)三個(gè)三棱錐計(jì)算求得此機(jī)構(gòu)的位置。在三棱錐i-bde中，b、d、e三點(diǎn)的坐標(biāo)已知，lei，ldi是已知繩長(zhǎng)，所以當(dāng)給定頂點(diǎn)i的坐標(biāo)時(shí)，lbi可以根據(jù)公式(1)求得。同樣，在三棱錐g-ifa中，f、a兩點(diǎn)坐標(biāo)已知，i坐標(biāo)已求得，因此g點(diǎn)坐標(biāo)可以計(jì)算出，h點(diǎn)坐標(biāo)可以在三菱錐h-big中求得。

這里僅b、i兩點(diǎn)的距離dbi未知，使用數(shù)值法求得dbi。由以上分析知：h、c兩點(diǎn)距離為dbi的函數(shù)，根據(jù)幾何關(guān)系可得如下方程：

(2)

方程式(2)僅為關(guān)于的一元非線性方程，因此不難用數(shù)值法求解。i點(diǎn)坐標(biāo)求得后再返代回去求得g點(diǎn)和h點(diǎn)的坐標(biāo)，此時(shí)可確定igh動(dòng)平臺(tái)的位置。

軌跡即點(diǎn)在時(shí)間軸上的集合，通過(guò)將等時(shí)間間隔的以上位置姿態(tài)在時(shí)間軸上連接起來(lái)形成軌跡。采集軟件每隔一定時(shí)間（10ms可設(shè)）采集一次拉繩長(zhǎng)度，計(jì)算一個(gè)動(dòng)平臺(tái)位姿，將這些點(diǎn)連接起來(lái)形成軌跡。

具體的測(cè)試方法如下：

編碼器的零點(diǎn)標(biāo)定：每次運(yùn)轉(zhuǎn)被測(cè)機(jī)構(gòu)之前，必須對(duì)各拉繩編碼器進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，通過(guò)將測(cè)試平臺(tái)移動(dòng)到零點(diǎn)位置，初始化各拉繩編碼器即可。

連接被測(cè)機(jī)構(gòu)：將被測(cè)機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器與測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)用螺栓連接；并將各拉繩編碼器的拉繩末端連接到測(cè)試平臺(tái)上。

運(yùn)轉(zhuǎn)被測(cè)機(jī)構(gòu)并記錄參數(shù)：打開(kāi)測(cè)試軟件或手動(dòng)使被測(cè)機(jī)構(gòu)在工作空間內(nèi)移動(dòng)，將被測(cè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)按照被測(cè)試的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。上位機(jī)程序開(kāi)始以100hz頻率周期性采集拉繩編碼器返回脈沖數(shù)（記錄六個(gè)編碼器位置）、伺服驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)位置以及電機(jī)力矩?cái)?shù)據(jù)，并記錄到上位機(jī)文本進(jìn)行保存；重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)被測(cè)機(jī)構(gòu)，使被測(cè)機(jī)構(gòu)遍歷所有可到達(dá)的位置；

換算分析被測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)即動(dòng)力學(xué)性能：將返回的數(shù)據(jù)通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)的位置正解計(jì)算被測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡。由測(cè)試系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)軌跡集合為被測(cè)機(jī)構(gòu)的工作空間，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡與動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)力矩，并將計(jì)算所得的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)力矩與實(shí)際采集的電機(jī)力矩進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的正確性。

由運(yùn)動(dòng)軌跡及動(dòng)力學(xué)模型求解關(guān)節(jié)力矩軌跡就是動(dòng)力學(xué)模型本身功能，屬于現(xiàn)有技術(shù)。動(dòng)力學(xué)模型可以用一組簡(jiǎn)潔矩陣形式的耦合方程表示（參考[澳]petercorke著，《robotics,visionandcontrol》第9章，springer出版。）

（3）

式中，分別是廣義的關(guān)節(jié)位置、速度和加速度矢量，m是關(guān)節(jié)空間慣量矩陣，c是科氏力和向心力耦合矩陣，f是摩擦力，g是重力負(fù)荷，q是廣義坐標(biāo)q預(yù)定的廣義驅(qū)動(dòng)力矢量。最后一項(xiàng)給出了施加在末端執(zhí)行器上的旋量g所產(chǎn)生的關(guān)節(jié)力，其中j是機(jī)器人的雅克比矩陣。該方程描述的就是機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)，也被稱為逆動(dòng)力學(xué)--給定位姿、速度和加速度，計(jì)算所需的關(guān)節(jié)力或力矩。這些方程可以用任何經(jīng)典動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)出來(lái)，例如：牛頓第二定律和歐拉運(yùn)動(dòng)方程，或者拉格朗日能量法。

最簡(jiǎn)單的單軸機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型：

根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型方程對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)化。使用單軸旋轉(zhuǎn)模組帶動(dòng)長(zhǎng)連桿進(jìn)行梯形速度曲線運(yùn)動(dòng)一周。旋轉(zhuǎn)模組水平放置，因此動(dòng)力學(xué)模型中重力g矩陣等于零。由于末端不帶負(fù)載，因此最后一項(xiàng)等于0；因只有一個(gè)自由度科氏力以及向心力被軸承承載，因此c矩陣項(xiàng)等于0；動(dòng)力學(xué)方程簡(jiǎn)化為：

(4)

只有摩擦力和慣性矩兩項(xiàng)，而慣性矩在此為常量，既桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡量增大連桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，動(dòng)力學(xué)方程變?yōu)椋?/p>

(5)

式中，m為連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，f為粘性摩擦系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)方法：

采用單軸旋轉(zhuǎn)模組帶動(dòng)長(zhǎng)連桿以梯形加減速規(guī)劃運(yùn)動(dòng)一周。

進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

根據(jù)采集到各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，找出勻速段電機(jī)力矩，以及勻速v，計(jì)算粘性摩擦系數(shù)：

(6)

將運(yùn)動(dòng)軌跡中各點(diǎn)的速度以及加速度代入以上動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算關(guān)節(jié)力矩q。

將計(jì)算出的關(guān)節(jié)力矩q與電機(jī)采集到的關(guān)節(jié)力矩q′進(jìn)行對(duì)比。如果兩條力矩曲線在誤差允許內(nèi)變化，說(shuō)明此動(dòng)力學(xué)模型正確。