机械臂是机器人研究最典型最常见的对象,能够完成焊接、磨削、喷涂、装配、搬运和医护等工作,因此在工业现场甚至是空间环境中,替代人类完成许多危险且准确性要求较高的任务。随着机器人科学技术的发展,柔性机械臂的动力学建模以及控制策略的研究越来越受到国内外专家的重视。对于柔性机械臂,因其本身是一个具有无限多个自由度的连续模型,对其动力学建模的过程包含着对连续模态的离散及数值求解的近似,不同的分析方法会影响到结果的精度和正确性。而对于控制策略的研究,纯粹的数值仿真根本无法说明控制策略的工程可靠性。因此,建立柔性机械臂的测试系统来测试其关键性能指标,为动力学建模提供关键参数,对动力学模型和控制策略进行有效性的验证是不可或缺的工作。本文首先在研究国内外关节测试系统以及柔性机械臂实验系统测试手段的基础上,以实验室已有的平面双连杆柔性机械臂作为被测对象,提出测试系统的设计指标,分别设计了关节单机测试方案、机械臂整机测试方案和臂杆模态实验方案;在所设计的测试方案基础上,根据数据采集的基础理论,为数据采集系统选定了实时采样方式和双极性编码方式;接着提出模块化数据采集系统的设计思想,设计了由多传感器,定制化的数据采集卡及虚拟仪器软件组成的数据采集系统设计方案。因为数据采集系统的核心部件是数据采集卡,所以本文着重阐述了数据采集卡的软硬件设计以及基于WIN32的USB驱动程序的设计。数据采集卡集成12路ADC输入接口,两路RS232通讯接口,四路正交编码输入接口和USB通讯接口。在充分实现各传感器信号采集功能和USB通讯功能的基础上,软件设计还着重考虑了实时性优化和错误检测处理。另外,本文为USB通讯设计了应用层协议,采用校验和错误检测方式以实现测试数据的可靠传输。传统仪器需要过多人的参与,测试数据往往需要手工记录,而本文为测试系统开发了虚拟仪器软件以实现自动化测试。虚拟仪器软件具有良好的人机界面,实现了测试数据的实时采集、曲线绘制、数据显示和文件存储等功能。本文为数据采集卡的上位机编程应用开发了相应的函数库,提供了完善的应用编程接口,具体包括:寻找板卡、查询编号、建立连接、板卡配置、数据采集和断开连接等。本文的最后是测试系统的标定与实验验证工作。通过传感器标定、数据采集卡标定和机械标定工作,以确保所设计的测试系统达到设计指标要求。通过分别实施关节测试任务,机械臂整机测试任务以及臂杆模态实验任务,验证了所设计的测试系统的有效性,并给出被测机械臂部分性能指标。