4. 功能验证——运动控制：关节运动范围校准、速度/加速度测试、急停功能验证步骤与记录表

4.1 适用场景

本流程适用于机器人原型在完成装配与电气接线后，首次上电及后续迭代中对运动控制系统进行定量验证的场景。典型触发条件包括：

• 原型机初次上电调试
• 关节模组（电机、减速器、编码器）更换或维修后
• 控制参数（PID、速度前馈）大规模调整后
• 安全功能回归测试（如急停电路修改后）

4.2 前置条件

• 机器人已固定在测试台架上，所有关节负载为本体自重，无额外末端工具
• 控制系统（上位机 + 驱动器）已上电并建立通信，驱动器参数已加载
• 急停回路硬件已安装，且通过绝缘耐压测试
• 编码器零位已粗略对齐（精度不低于 ±1°）
• 测试软件（如机器人调试终端、示教器或 SDK）已就位，可实时读取关节位置、速度、电流

4.3 操作步骤

本验证分为三个子项，依次执行。以下步骤以六轴工业机器人为例，单轴依次测试。

4.3.1 关节运动范围校准

1. 软限位配置：在控制器中临时关闭软限位，仅保留硬件限位。
2. 单轴点动：以最低速度（≤ 5°/s）点动关节向正、负方向运动，直至触及硬件限位块或听到电机堵转声。
3. 角度记录：通过编码器读取并记录正、负极限位置角度值（保留两位小数）。
4. 回退标定：将关节回退至安全位置（约为全行程的 50%），以同样方式重复 2 遍，取平均值作为最终校准值。
5. 软限位写入：将平均值 ± 0.5° 安全余量写入控制器软限位参数。

4.3.2 速度/加速度测试

1. 阶梯速度指令：发送从 10% 到 100% 额定速度（步长 10%）的阶跃指令，每个速度持续 2 s，记录实际速度响应曲线。
2. 加速度斜坡：设置加速度从 0.5 rad/s² 逐步增加至额定加速度，监测电流是否过流（≥ 额定电流 120% 视为异常）。
3. 稳态误差：在 50% 额定速度下连续运行 5 s，计算速度稳态误差（｜目标速度 - 实际平均速度｜/ 目标速度）。
4. 重复性：同一速度指令重复 3 次，记录每次峰值速度差 ≤ 2%。

4.3.3 急停功能验证

1. 急停按钮触发：在关节以 50% 额定速度旋转时，按下急停按钮，测量从按钮按下到电机电流降至 0 的时间（ms）。
2. 制动距离：记录急停触发后关节在多长时间内停止运动（制动时间 ≤ 200 ms）。
3. 恢复测试：急停按下后，复位按钮，确认驱动器故障码被清除并可再次使能。
4. 多关节并发急停：同时让 3 个以上关节运动，按一次急停，确认所有关节同时停止（时间差 ≤ 20 ms）。

4.4 输入与输出物

4.5 责任边界

• 机械工程师：提供硬件限位块位置公差，确认关节机械行程不干涉。
• 电气工程师：确认急停回路接线正确，并配合示波器抓取急停信号。
• 控制软件工程师：编写自动测试脚本，记录编码器数据并生成报表。
• 测试工程师：执行所有步骤，填写记录表，判定是否通过验收标准。

4.6 记录材料

测试完成后必须填写下表（每关节一张）。

同时保存速度阶跃日志文件，格式示例：

Timestamp, J1_CmdSpeed(°/s), J1_ActualSpeed(°/s)
00:00.100, 10.00, 9.87
00:00.200, 10.00, 10.02
...

4.7 异常处理

4.8 验收标准

• 运动范围：每关节实测行程 ≥ 设计行程的 98%，且软限位设置在硬件极限内 0.3°~0.5°。
• 速度精度：各速度指令下稳态误差 ≤ 5%（额定速度时 ≤ 2%）。
• 加速度过冲：加速度变化时电流峰值不超过额定电流的 120%。
• 急停性能：单关节制动时间 ≤ 200 ms；多关节停止时间差 ≤ 20 ms；急停后驱动器故障码可清除，重新使能成功。
• 文档完整：每关节记录表、速度日志、急停波形截图齐全，签字确认。