机器人关节作为机械臂的核心驱动部件，其性能直接决定了整机的精度、可靠性与使用寿命。本文详细介绍了机器人关节系统从PCB板级测试到整机组装老化的全流程测试方案，涵盖腿部关节伺服驱动器、高性能行星关节电机的多项性能指标验证，确保关节系统在各种工况下的稳定运行。
1.1、部件测试：关节伺服驱动器
伺服驱动器是关节系统的控制核心，需经过严格的生产流程和质量检测，以下是核心子零件的检测项目：
◽ PCB板检测：全面检查焊点质量、电路连通性与元器件安装
◽ 驱动程序烧录：写入定制化控制算法与参数配置
◽ 多项功能检测：验证通信接口、信号处理与输出控制功能
◽ 振动测试和性能检测：模拟运输与使用环境中的振动条件
◽ -40°C~60°C高低温检测：考核元器件在极端温度下的适应性
◽ 组装前各项性能检测：确保所有电气参数符合设计标准
◽ 组装到关节模组：精密装配到机械结构中
◽ 组装各项测试：验证机械与电气结合的完整性
◽ 老化测试：持续运行考核长期稳定性
◽ 关节模组高温70°C老化：采用软件实时监控运行状态
◽ 使用示教器操作机器人手臂老化测试：模拟实际工作场景进行耐久性验证
1.2、部件测试：行星关节电机
行星关节电机集成了电机、驱动器、编码器、行星减速器、力矩传感器和温度传感器等多个子零件。通常需进行以下方面的性能验证：
| 测试类别 | 测试项目 | 测试方法与标准 |
| 性能参数 | 扭矩能力 | 额定扭矩2Nm、峰值扭矩6Nm |
| 转速指标 | 额定转速50rpm | |
| 负载测试 | 自适应能力 | 负载自适应、电压自适应 |
| 单臂额定负载 | 不断增加负载哑铃片，测试持续运行能力 | |
| 单臂峰值负载 | 电机旋转几圈，验证短期过载能力 | |
| 额定负载精度 | 额定负载下悬挂1kg哑铃片，千分表测试机械臂摆动同一位置精度。 |
2、系统性能指标体系
关节系统的性能评估需从多个维度进行全面考核：
扭矩密度
1. 电机性能 ：采用无框电机设计，显著减轻重量
2. 减速器性能 ：优化减速器类型与传动效率
3. 热设计 ：提升过载能力和散热性能，确保持续工作稳定性
4. 集成设计 ：电机和减速器一体化设计，减少重量和体积
响应速度
1. 电气响应 ：测量电机从指令发出到到达目标速度和位置的时间
2. 机械响应 ：评估关节实际运动到目标状态的延迟，分析传动系统刚性和负载惯量的影响
3. 系统延迟 ：优化传感器反馈速度与控制算法处理效率
精度表现
1. 绝对定位精度 ：考核关节到达目标位置的准确程度
2. 重复定位精度 ：评估多次到达同一位置的一致性
3. 分辨率 ：关节所能识别到的最小运动增量 (采用欧波福公司的精密双码道磁环产品，重复误差小于0.025度 ，显著提升位置识别精度).
负载能力
1. 负载性能 ：测试关节在不同负载下的性能表现，包括最大抓握力和负载能力
2. 极限测试 ：直线关节模组负载40kg测试，同步监测温度和噪音指标
3、系统可靠性验证
可靠性测试确保关节在各种环境条件下的长期稳定运行：
◽ 温升测试：
① 在不同负载条件下，测量电机的温升情况，预防过热损坏
② 使用测功机测试电机的峰值扭矩和极限扭矩，同时使用测温仪测试电机MOS和功率器件温度
◽ 功耗测试 ：全面监测电机的功率变化，包括输入功率、输出功率、效率等关键指标
◽ 静音测试 ：优化运行噪音，将噪声压降至50分贝以内，满足安静环境使用需求
◽ IP防护等级 ：验证外壳密封性能，防止灰尘和水分侵入
◽ 环境适应性 ：将关节置于不同的温度、湿度、振动等环境中，测试其性能变化规律
◽ 综合测试 ：测功机测试扭矩最大可到300N.M，测功机与高低温试验箱对接，模拟复杂工况
◽ 高湿测试 ：模拟在恶劣环境下的使用情况，检查其材料和结构的稳定性与抗腐蚀能力
4、系统老化测试方案
老化测试模拟长期使用条件，验证产品寿命与耐久性：
◽ 连续运行 ：持续监测电机的运行电流、功率和转速，检查是否存在异常噪音、震动等故障前兆
◽ 开关测试 ：考核电机的开关性能和耐久性，包括频繁开关和断电后的重启能力
◽ 振动测试 ：分析电机的振动频率、振动幅度，检查是否存在异常磨损或松动现象
◽ 绝缘电阻 ：监测长期使用中绝缘性能的变化和老化情况，预防电气故障
◽ 空载测试 ：内部存储若干套动作序列(每套序列包含几个动作步骤，比如反复的弯曲、伸展等动作循环测试)
◽ 重复负载测试 ：
① 通过重复加载和卸载，测试关节的疲劳寿命
② 经过200万次负载测试后，精度衰减率小于0.5%， 采用欧波福高精度磁环的编码器系统在此项测试中表现出色，保持了极高的精度稳定性