用于标定旋转型柔性元件刚度、阻尼特性的实验测试平台 |
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| 申请号 | CN201611167831.3 | 申请日 | 2016-12-16 | 公开(公告)号 | CN106768942A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 刘玉斌; 王继龙; 赵杰; | ||||
| 摘要 | 用于标定旋转型柔性元件 刚度 、阻尼特性的实验测试平台，以解决传统的标定平台有利用重物加载方法和直接标定柔性 机器人 关节方法，只能实现静态刚度测试，不能测试动态刚度和阻尼特性以及柔性元件的测试 精度 不准确的问题。本 发明 的驱动组件、主 联轴器 、 扭矩 传感器 、副联轴器、动 力 传递组件、 工件 固定组件和信息记录组件依次设置在底座上，主联轴器的输入端与驱动组件上的主动轴连接，主联轴器的输出端与扭矩传感器连接，副联轴器的输入端与扭矩传感器连接，副联轴器的输出端与动力传递组件上的被动轴连接，被动轴的输出端与信息记录组件上的 编码器 联轴器连接。本发明用于测试旋转型柔性元件刚度、阻尼特性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于标定旋转型柔性元件刚度、阻尼特性的实验测试平台，其特征在于：所述实验测试平台包括驱动组件(1)、扭矩传感器(2)、动力传递组件(3)、工件固定组件(4)、信息记录组件(5)、底座(6)、主联轴器(7)和副联轴器(8)，驱动组件(1)、主联轴器(7)、扭矩传感器(2)、副联轴器(8)、动力传递组件(3)、工件固定组件(4)和信息记录组件(5)依次设置在底座(6)上，主联轴器(7)的输入端与驱动组件(1)上的主动轴(1-6)连接，主联轴器(7)的输出端与扭矩传感器(2)连接，副联轴器(8)的输入端与扭矩传感器(2)连接，副联轴器(8)的输出端与动力传递组件(3)上的被动轴(3-1)连接，被动轴(3-1)的输出端与信息记录组件(5)上的编码器联轴器(5-1)连接。 |
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| 说明书全文 | 用于标定旋转型柔性元件刚度、阻尼特性的实验测试平台技术领域[0001] 本发明涉及一种旋转型柔性元件物理特性标定测试用实验平台，具体涉及一种用于标定旋转型柔性元件刚度、阻尼特性的实验测试平台。 背景技术[0002] 随着机器人技术的不断进步，越来越多的机器人走入到人类的生活中。人机共融、人机协作等概念的出现预示着未来机器人技术发展的新方向。同时，新技术的发展对机器人技术领域提出了更高要求：在人与机器人共存于同一环境下，或者人与机器人进行物理性交互过程中，要保证人类身体不受机器人伤害，即要保证人机交互过程的安全性。提高人机物理性交互安全性的措施之一是采用串联弹性驱动技术。通过在机器人关节减速器输出端串联扭簧等旋转型柔性元件，减小了机器人的输出阻抗，提高了机器人的安全性。采用该技术的核心问题之一是旋转型柔性元件的结构设计和刚度、阻尼等物理特性的标定。为了实现稳定可靠的串联弹性驱动技术，需要设计一种标定测试实验平台，该平台用于标定旋转型柔性元件的刚度、阻尼等物理特性，为柔性机器人开发提供必要数据。 [0003] 传统的机器人关节用柔性元件都采用金属材质，只具有弹性属性，没有阻尼属性，所以其物理特性标定平台都只标定其刚度特性，常见的标定平台有利用重物加载方法和直接标定柔性机器人关节方法。通过绳索钩挂重物施加扭矩的测试方法，只能实现静态加载，这种方式只能标定旋转型柔性元件的静态刚度，不能测试动态刚度和阻尼特性。当需要标定大刚度柔性元件时，往往需要几百公斤的砝码；若将柔性元件集成到机器人关节中标定其物理特性，机器人关节必须集成特制的、价格高昂的扭矩传感器，同时，扭矩传感器的微小变形会添加到编码器测量的转角中，影响柔性元件的测试精度。 发明内容[0004] 本发明为解决传统的标定平台有利用重物加载方法和直接标定柔性机器人关节方法，利用重物加载方法只能实现静态刚度测试，不能测试动态刚度和阻尼特性；直接标定柔性机器人关节方法需要扭矩传感器，扭矩传感器的微小变形会影响柔性元件的测试精度的问题，而提出一种用于标定旋转型柔性元件刚度、阻尼特性的实验测试平台。 [0005] 本发明的用于标定旋转型柔性元件刚度、阻尼特性的实验测试平台，其组成包括驱动组件、扭矩传感器、动力传递组件、工件固定组件、信息记录组件、底座、主联轴器和副联轴器，驱动组件、主联轴器、扭矩传感器、副联轴器、动力传递组件、工件固定组件和信息记录组件依次设置在底座上，主联轴器的输入端与驱动组件上的主动轴连接，主联轴器的输出端与扭矩传感器连接，副联轴器的输入端与扭矩传感器连接，副联轴器的输出端与动力传递组件上的被动轴连接，被动轴的输出端与信息记录组件上的编码器联轴器连接。 [0006] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果： [0007] 一、本发明采用的专用柔性元件标定平台，利用动态特性优良的伺服电机加载，既能实现静态加载，标定柔性元件的静态刚度，又能实现动态加载，标定柔性元件的动态刚度和阻尼特性。在加载时，柔性元件受到的扭矩和柔性变形量分别由平台的扭矩传感器、光电式编码器实时测量，数据准确，保证了柔性元件标定精度。 [0008] 二、本发明设计的实验平台采用伺服电机作为动力源，根据使用者要求对待测试的柔性元件进行静态、动态加载，利用扭矩传感器、光电式编码器记录加载过程中柔性元件受到的加载扭矩和由此产生的弹性变形，进而评估待测试柔性元件的刚度、阻尼等物理特性，为下一步产品应用、结构优化再设计等提供重要数据支持。 [0009] 三、本发明能应用在其它同类的旋转型柔性元件的刚度、阻尼等物理特性标定测试中。 [0011] 图1是本发明的整体结构立体图； [0012] 图2是本发明的整体结构主视图； [0013] 图3是本发明的整体结构主视图。 具体实施方式[0014] 具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式包括驱动组件1、扭矩传感器2、动力传递组件3、工件固定组件4、信息记录组件5、底座6、主联轴器7和副联轴器8，驱动组件1、主联轴器7、扭矩传感器2、副联轴器8、动力传递组件3、工件固定组件4和信息记录组件5依次设置在底座6上，主联轴器7的输入端与驱动组件1上的主动轴1-6连接，主联轴器7的输出端与扭矩传感器2连接，副联轴器8的输入端与扭矩传感器2连接，副联轴器8的输出端与动力传递组件3上的被动轴3-1连接，被动轴3-1的输出端与信息记录组件5上的编码器联轴器5-1连接。扭矩传感器2能够时刻记录加载过程中柔性元件9收到的扭转载荷。 [0015] 具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式为驱动组件1包括伺服电机1-1、谐波减速器1-2、减速器电机法兰1-3、连接垫片1-4、电机支座1-5和主动轴1-6，连接垫片1-4通过螺钉将谐波减速器1-2的波发生器1-2-1固定在伺服电机1-1的电机轴上，伺服电机1-1和谐波减速器1-2通过螺钉、螺栓固定于减速器电机法兰1-3上，减速器电机法兰1-3通过螺钉固定于电机座1-5上，主动轴1-6通过螺钉、螺栓固定于谐波减速器1-2的柔轮输出端上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。 [0016] 具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式为动力传递组件3包括被动轴3-1、轴承座3-2、两个轴承3-3、两个端盖3-4和两个平键3-5，两个轴承3-3的内圈分别套在被动轴3-1最粗轴段的两侧，两个轴承3-3的外圈嵌于轴承座3-2的内孔中，两个端盖3-4通过螺钉固定在轴承座3-2的两端，端盖3-4用于轴向固定轴承3-3，两个平键3-5嵌于被动轴3-1的两个键槽中。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。 [0017] 具体实施方式四：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式为工件固定组件4包括固定支座4-1和连接法兰4-2，连接法兰4-2通过螺钉固定在固定支座4-1的输入端一侧，连接法兰4-2用于安装待测柔性元件9，固定支座4-1和连接法兰4-2上设有轴向安装孔4-3，信息记录组件5上的编码器联轴器5-1设置在轴向安装孔4-3中，固定支座4-1的输出端一侧设有平面凹槽4-4，平面凹槽4-4用于安装L型支架5-3。待测试柔性元件9通过连接法兰4-2连接在固定支座4-1上，当需要测试不同直径大小柔性元件9时，只需更换配套的连接法兰4-2，其他零部件无需更换，方便易用，提高了标定测试平台的通用性。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。 [0018] 具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的信息记录组件5包括编码器联轴器5-1、光电式编码器5-2和L型支架5-3，光电式编码器5-2固定于L型支架5-3上，光电式编码器5-2上的编码器轴与编码器联轴器5-1连接。光电式编码器5-2位于平台末端，光电式编码器5-2通过编码器联轴器5-1直接与被动轴3-1耦合，其被动轴3-1转动的角度改变值即是待测柔性元件9受力弹性变形值，信息记录组件5保证了加载过程中数据记录的准确性。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。 [0019] 具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的底座6上设有凹槽轨道6-1，电机座1-5、轴承座3-2和固定支座4-1通过螺钉固装在凹槽轨道6-1内。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。 [0020] 本发明的工作原理： [0021] 标定实验台工作时，伺服电机1-1输出动力依次经过谐波减速器1-2、主动轴1-6、主联轴器7、扭矩传感器2、副联轴器8、被动轴3-1加载到待测柔性元件9，在加载过程中，扭矩传感器2、光电式编码器3-3分别记录柔性元件受到的扭转载荷和弹性变形角度值，根据这些数据分析待测试柔性元件9的刚度、阻尼等物理特性，为下一步产品应用、结构优化再设计等提供重要数据支持。 |
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