近10年来中国机器人市场的规模快速扩大,伴随着家庭教育、医疗健康、餐饮服务等服务行业对机器人的需求日益旺盛,服务机器人的市场份额也快速扩大。小型关节是服务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,对其测量和评价是提高小型关节性能的重要基础。但由于小型关节具有体积小、结构复杂的特点和存在种类杂、构型多、控制方式不统一的问题,使得在小型关节整体测量领域存在测量手段缺乏以及测量项目单一的问题,进而使得对小型关节性能参数的研究几乎是空白。本课题针对小型关节的特点,研制了服务机器人小型关节综合性能测试机,实现了对多种小型关节传动精度测量、电参数测量和反启动转矩测量的需求;测试机的研制,填补了国内在服务机器人小型关节综合性能测试领域的空白,以该测试机为基础对小型关节的整体回差、最佳工作区域和反启动转矩进行了较深入实验研究。主要研究内容包括:(1)服务机器人小型关节综合性能测试机的研制在明确小型关节性能参数测量方法的基础上,研制了服务机器人小型关节综合性能测试机。设计了专用夹具,在保证测量精度的同时,满足了不同型号关节的测量要求;设计了电气控制系统,保证了测试机的高效稳定运行;开发了专用测试软件,在满足小型关节综合性能测试的同时还能对测试结果进行分析。实际测试结果表明,测试机运行稳定,精度符合设计要求,重复性测量偏差小于3%,覆盖小型关节型号范围广,能实现自动化精密测量。(2)小型关节整体回差测量与实验研究为探究小型关节整体回差的产生机理及其基本规律,依托所研发的测试机对小型关节的整体回差进行了实验研究,在对小型关节的结构组成、整体回差的组成和测量模型分析的基础上对A、B、C三款小型关节进行4项动态测量实验,发现空程回差和弹性回差是影响关节整体回差的主要因素;转速对其整体回差的影响小于弹性变形,在负载相同与不同转速下测量的结果相差在0.05°;并发现在一定条件下,关节的动态回差与负载近似呈线性关系;最后对关节整体回差进行了静态测量实验,并与动态测量进行了对比,发现静态测量结果小于动态测量,相差在0.1°左右。(3)小型关节最佳工作区域测试与实验研究设计了小型关节最佳工作区域测试流程,解决了测试中的关键问题,以测试机为依托对D、E、F三款小型关节分别进行最佳工作区域测试,有如下发现:1)小型关节的输出转矩达到堵转转矩的1/4和2/3时,小型关节可以分别达到最大效率点和最大功率点;2)在堵转转矩的1/4～2/3时,小型关节处在最佳工作区域中。(4)小型关节反启动转矩的测量与实验研究设计了小型关节反启动转矩的测量流程,解决了测量过程中的关键问题,以测试机为依托对D、E、F三款小型关节分别进行反启动转矩测量,有如下发现:1)小型关节相同位置的反启动转矩值较为接近;2)小型关节不同位置的反启动转矩值存在差异;3)对小型关节反启动转矩值的评价不能从一个点考虑,需要综合不同位置的数据进行分析。本文针对服务机器人小型关节测试技术和仪器缺失的现实,研发了小型关节的成套测试技术与仪器,并以此为依托对小型关节的整体回差、最佳工作区域和反启动转矩进行了研究,为建立面向小型关节的全局质量评价体系提供了坚实基础。