机器人关节多参数智能测试技术

20231103

制造业

本项目市场前景广阔，机器人关节是机器人进行姿态控制的核心执行部件，其性能对整机性能有直接影响，国内外机器人研发、生产企业及其配套企业对机器人关节的综合性能测试有强烈的需求。在机器人精密减速器测试领域，北京工业大学面向市场开发出最为成熟的商用机器人精密减速器测试台，国外的测试设备基本处于实验室阶段。在机器人关节测试技术与装备领域，国内外仅有北京工业大学面向市场推出了面向关节全方位测试的成套技术解决方案，包括测试设备、测试规程、数据处理方法等，可对小型和中型关节各项性能进行多方位测试，获取的丰富数据可用于关节的性能评价、运行参数优化设置、再设计等，特别是围绕传动精度、电参数、力矩特性及响应性能等关键参数提出了机器人关节综合性能测试方法。针对其机电耦合特点，提出了机械量和电参数同步检测的多参数关联测试与分析方法，实现了关节性能信息的全面掌握。此套测试设备具有功能全、精度高、分析功能强、应用场景广、测试快速、操作简便等优点，适用于机器人、关节（舵机）、精密减速器等企业在试验室和生产现场使用。目前测试装备包含两类，分别为机器人小型关节综合性能试验台（10Nm）和大中型关节综合性能试验台(10Nm-100Nm，100Nm以上)，可对机器人关节得传动误差、动态回差、静态回差、重复定位精度、传动效率、输出功率、反启动转矩、静态载荷、扭转刚度、堵转力矩、控制电流、堵转电流等测试。相关测试技术与装备填补了国内空白，并且已经在已在深圳市优必选科技股份有限公司、达闼机器人有限公司、深圳兆威机电股份有限公司、东莞市德晟智能科技有限公司、中国航天某所等单位的产品测试中使用，取得了突出的应用效果。

本项目的科技成果转化将涉及资金、场地、设备、人员等多个方面，旨在实现机器人关节测试技术的创新与应用，为工业自动化领域的发展提供有力支持。 一、资金需求 为确保科技成果转化的顺利进行，我们需要以下资金支持：研发资金：用于开展机器人关节测试技术的研发工作，包括材料采购、实验设备租赁等。生产资金：用于购买生产设备、零部件及原材料等，以满足机器人关节测试技术的批量生产需求。市场推广资金：用于开展市场推广活动，提高机器人关节测试技术的市场知名度。 二、场地需求 为满足科技成果转化的需要，我们需要以下场地支持：研发场地：提供稳定的研发环境，包括实验室、办公场所等。生产场地：提供适合机器人关节测试技术批量生产的场地，包括生产线、仓库等。市场推广场地：提供市场推广活动的场地，包括展览会、发布会等。 三、设备需求 为保证科技成果转化的顺利进行，我们需要以下设备支持：研发设备：包括计算机、实验器材等。生产设备：包括生产线、加工设备、检测仪器等。市场推广设备：包括宣传资料制作设备、展览展示用品等。 四、人员需求 为推动科技成果转化的成功实施，我们需要以下人员支持：技术研发团队：具备机器人关节测试技术研发经验的专业人才，负责技术研发与优化。生产管理团队：具备生产管理经验的专业人才，负责生产组织与管理。市场推广团队：具备市场推广经验的专业人才，负责市场推广与宣传。

可国（境）内外转让

一、经济效益 本次科技成果转化将带来显著的经济效益。首先，通过引入先进的机器人关节测试技术，我们将能够大幅提升生产效率，从而降低生产成本，实现更大的利润。其次，该技术的引入也将有助于我们开发出更加高质量、高性能的产品，提升市场竞争力，扩大市场份额，进而增加销售额。 此外，本次科技成果转化还将促进我们与相关产业的深度合作，如机器人制造、自动化设备制造等，形成产业链协同发展的良好格局，进一步推动我国工业产业的升级和发展。 二、社会效益 本次科技成果转化将产生深远的社会效益。首先，它有助于推动科技创新和科技进步，提高我国在机器人关节测试技术领域的国际竞争力。其次，该技术的推广和应用将创造更多的就业机会，为社会提供更多的工作岗位。 此外，本次科技成果转化还将促进产业结构的优化和调整，推动工业自动化领域的快速发展，提高我国工业的国际竞争力。同时，它也将带动相关产业的发展，如信息技术、电子技术等，进一步推动我国经济的持续健康发展。 三、环境效益 本次科技成果转化还将带来一定的环境效益。随着机器人关节测试技术的推广和应用，我们将能够减少对人力资源的依赖，降低人力成本，同时也可以减少因人为因素导致的生产事故和安全事故，提高生产安全和环保水平。这将有助于推动我国工业向绿色、可持续的方向发展。 综上所述，本次科技成果转化将在经济效益、社会效益和环境效益方面取得显著成果，为我国工业自动化领域的发展做出积极贡献。

中关村国家自主创新示范区开放实验室概念验证项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

随着国内机器人市场规模不断扩大，市场对机器人关节性能的表征、测试和评价的需求也日益旺盛。机器人关节的结构看似简单，但蕴含着复杂的能量转化，能量传递以及运动控制等问题。对机器人关节进行综合性能测试，将会加快机器人及其配套产业链的快速发展，促使其紧追世界先进水平，对加快构建机器人生态体系具有重要战略意义。 北京工业大学团队基于人形机器人发展需求，开展了机器人智能关节研究工作，掌握了机器人智能关节成套技术。团队在机器人关节测试领域，面向不同类型关节，综合考虑在实际工况中不同参数耦合对关节的影响，提出机器人关节综合性能测试方法与技术。以综合测试、智能测试为目标，面向研发与生产一线，解决快速、高效、准确的测试需求，搭建机器人关节综合性能试验台，实现传动误差、动态回差、静态回差、重复定位精度、传动效率、输出功率、反启动转矩、静态载荷、扭转刚度、堵转力矩、控制电流、堵转电流等测试。利用试验台对关节进行综合性能测试，对测试结果进行综合分析，并利用统计学方法对关节性能进行评价。 团队还从机器人关节传动精度测试出发，综合考虑在实际工况中非线性弹性变形、摩擦和电流波动的耦合影响，提出基于多参数关联的机器人关节传动精度测试方法。应用统计技术来识别经验模型和开发有效的实验设计；对机器人关节进行传动精度测试，基于多传感器数据实时采集技术采集测试过程中力矩、速度、电流等参数的变化情况。基于数学模型和统计学方法对测试结果进行分析，使用性能图来展示机器人关节在多参数变化下的传动精度变化情况，以此确定合适的参数范围，使得关节可以保持最佳的传动精度。 随着机器人种类的增多应用环境的增多，机器人的动作也越来越复杂，机器人关节的运动性能直接决定了机器人整机的运行性能。因此，对关节性能的测试和评价成为生产机器人关节的重要环节。国内的优必选、达闼等研究机构对机器人关节展开了设计和研发工作，其对关节的综合性能测试需求与测试手段的缺乏的矛盾日益突出，预计未来三年对面向机器人关节的成套测试方法、技术与装备的需求更为强烈，对机器人关节综合性能测试装备的需求量在100套以上。本项目所实现的机器人关节综合性能测试技术立足于机器人性能要求，以综合测试、智能测试为目标，面向研发与生产一线，满足快速、高效、准确的测试需求。对提高机器人关节性能具有重要意义，有助于产品的迭代升级；加快机器人及其配套产业链的快速发展，助力推动国内机器人行业发展。