一种绳驱机械臂摩擦测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种绳驱机械臂摩擦测量装置及方法，该装置包括臂杆夹具、拖拽测量框架，臂杆夹具用于固定一段臂杆，拖拽测量框架包括导杆、托板、滚珠丝杆组件、缆索、拉力传感器、锁定球头，滚珠丝杆组件上设有缆索连接组件，缆索连接组件两端分别与一段缆索连接，缆索绕过滑轮组与拉力传感器、锁定球头依次连接，可准静态拖拽锁定球头移动。通过在准静态运动下测量绳驱机械臂关节摩擦力矩及绳索摩擦的大小，有效解决了绳驱机械臂关节摩擦力矩及绳索摩擦无法测量的问题，为绳驱连续型机械臂的动力学参数辨识、运动控制算法设计、摩擦补偿提供了依据，有效提高了绳驱连续型机械臂的运动控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种绳驱机械臂摩擦测量装置及方法
本专利技术涉及绳驱机械臂摩擦测量，特别涉及绳驱机械臂摩擦力矩测量装置及方法。
技术介绍
区别于传统的关节串联型机械臂，绳驱连续型机械臂具有灵活度高、避障能力强等优点，在狭小空间和复杂环境中运动和操作能力强，在航空航天制造、大型装备检测维护等领域具有重要的应用价值。绳驱连续型机械臂通常由大量模块化关节组成，通过绳索实现驱动或联动。由于绳索实际使用需要在一定预紧力的作用下，因此绳驱连续型机械臂往往存在较大的关节摩擦及绳索摩擦，其极大地影响到机械臂的运动精度。同时，绳驱连续性机械臂结构紧凑，其关节摩擦及绳索摩擦在整臂的运动过程中测量难度极大，进而高精度的动力学建模及控制补偿无法实施。由于现有技术仍缺乏有效的绳驱机械臂关节摩擦力矩及绳索摩擦测量方法以及相关的测量装置，绳驱连续型机械臂的运动控制精度难以得到有效提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种绳驱机械臂摩擦测量装置及方法，便于测量绳驱连续性机械臂的关节摩擦及绳索摩擦，提高绳驱连续型机械臂的运动控制精度。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种绳驱机械臂摩擦测量装置，包括臂杆夹具、拖拽测量框架；所述臂杆夹具用于固定一段臂杆；所述拖拽测量框架包括：导杆、托板、滚珠丝杆组件、缆索、拉力传感器、锁定球头；所述导杆每端各与一个所述托板固定连接，所述托板设有滑轮组；所述滚珠丝杆组件与所述托板固定连接，所述滚珠丝杆组件上设有缆索连接组件，所述缆索连接组件两端分别与一段所述缆索连接；所述缆索绕过所述滑轮组与所述拉力传感器、所述锁定球头依次连接，可拖拽所述锁定球头移动；所述锁定球头用于拖拽绳驱机械臂的待测部件；所述滚珠丝杆组件用于驱动缆索连接组件平移并带动缆索实现准静态拖拽。进一步地；还包括气浮导轨；所述导杆与气浮导轨所在直线相互垂直，所述托板悬浮在气浮导轨上并可沿气浮导轨滑动。进一步地；所述拖拽测量框架为两自由度拖拽测量框架；所述两自由度拖拽测量框架包括上、下两层框架且所述上、下两层框架的组件组成相同。进一步地；还包括拖拽环；所述上、下两层框架的导杆所在直线相互垂直；所述拖拽环边缘与所述上、下两层框架的导杆活动连接，可沿导杆滑动；所述锁定球头移动的方向与所述导杆所在直线方向平行；所述上、下两层框架的锁定球头由外到内穿过同一个拖拽环，用于拖拽待测臂杆并使其轴心始终穿过拖拽环中心；所述上、下两层框架为并联关系，可在两个自由度上相互拖拽。进一步地；所述锁定球头用于拖拽绳驱机械臂的绳索。进一步地；所述缆索连接组件包括依次连接的滑移缆索安装架、缆索安装环；所述滑移缆索安装架设在所述滚珠丝杆组件上；所述缆索安装环用于与缆索连接。进一步地；绳驱机械臂摩擦测量装置还包括连接件、横梁、立柱；所述臂杆夹具设在所述横梁中间；所述横梁与所述立柱通过所述连接件活动连接；所述立柱固定在所述两自由度拖拽测量框架下方；所述连接件用于调节所述臂杆夹具与所述两自由度拖拽测量框架的间距。本专利技术还提出一种绳驱机械臂摩擦测量方法，包括如下步骤：S1、通过臂杆夹具固定一段臂杆，S2、将锁定球头与绳驱机械臂的待测部件连接；S3、滚珠丝杆组件驱动缆索连接组件平移，并依次带动所述缆索连接组件两端的缆索、拉力传感器、所述锁定球头对所述待测部件实现准静态拖拽；S4、根据所述拉力传感器测得的数值差计算绳驱机械臂摩擦的大小。进一步地；在所述步骤S2中，所述待测部件为另一段臂杆；在所述步骤S4中，将所述拉力传感器测得的数值差与所述锁定球头拖拽力的力臂长度进行乘积，得到绳驱机械臂两段臂杆之间的关节摩擦力矩大小。进一步地；在所述步骤S2中，所述待测部件为所述臂杆上的绳索；在所述步骤S4中，根据所述拉力传感器测得的数值差得到绳驱机械臂的绳索摩擦力大小。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提出的绳驱机械臂摩擦测量装置及方法，通过在准静态运动下测量绳驱机械臂关节摩擦力矩及绳索摩擦的大小，有效解决了绳驱机械臂关节摩擦力矩及绳索摩擦无法测量的问题，为绳驱连续型机械臂的动力学参数辨识、运动控制算法设计、摩擦补偿提供了依据，有效提高了绳驱连续型机械臂的运动控制精度。附图说明图1a是本专利技术关节摩擦力矩测量方法原理的一个示意图；图1b是本专利技术关节摩擦力矩测量方法原理的另一个示意图；图2是本专利技术实施例的关节摩擦力矩测量装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例的两自由度拖拽测量框架的结构示意图；图4为本专利技术实施例的臂杆固定框架的结构示意图；图5为本专利技术实施例的联动绳摩擦力测量装置的工作原理图；图6为本专利技术实施例的联动绳摩擦力测量装置的结构示意图；图7为本专利技术实施例的驱动绳过孔摩擦力测量装置的工作原理图；图8为本专利技术实施例涉及的一种绳驱机械臂的臂杆实例示意图；图9为现有的通用两自由度平台示意图。具体实施方式下面结合附图通过具体实施例对本专利技术作进一步的描述。以下实施例仅用于更加清楚地表明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。下面分别对本专利技术的准静态关节摩擦测量原理、绳驱机械臂摩擦力矩测量装置组成和使用进行介绍。1、准静态关节摩擦测量原理由于绳驱连续型机械臂通常结构紧凑，且臂杆外侧缠绕着联动绳，使得难以直接测量其关节摩擦及联动绳索摩擦。因而，本专利技术采用滚珠丝杆机构带动臂杆旋转，使其处于准静态。本专利技术的绳驱机械臂摩擦力矩测量原理，如图1a所示，以三段臂杆绕垂直纸面轴旋转为例，实际使用不局限于三段臂杆。将臂杆41固定；通过双球头51拖拽带动臂杆42绕臂杆关节M转动，转动角度为α，依据关节角度与滚珠丝杆单元位移的换算，实现臂杆42绕臂杆41的匀角速度转动，即处于准静态；此时，可以认为F’＝F2-F1；由于力臂长度L为定值，因此通过拉力传感器反馈回来的数值差F’*L可以表示合成摩擦力矩。图1b是绳驱机械臂摩擦力矩测量原理的另一个示意图，首先在竖直方向上固定臂杆41，然后通过双球头51准静态拖拽带动臂杆42绕臂杆关节M转动，通过拉力传感器反馈回来的数值差F’*L得到合成摩擦力矩。本专利技术中测量装置的设计以专利号CN108942906A为对象，但不限于该对象。专利号CN108942906A中提出的两自由度绳驱连续型机械臂如图8所示，由臂杆及十字关节组成臂杆主体，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.绳驱机械臂摩擦测量装置，其特征在于，包括臂杆夹具(54)、拖拽测量框架(4)；所述臂杆夹具(54)用于固定一段臂杆；/n所述拖拽测量框架(4)包括：/n导杆(310)、托板(38)、滚珠丝杆组件(37)、缆索、拉力传感器(39)、锁定球头(32)；/n所述导杆(310)每端各与一个所述托板(38)固定连接，所述托板(38)设有滑轮组(311)；/n所述滚珠丝杆组件(37)与所述托板(38)固定连接，所述滚珠丝杆组件(37)上设有缆索连接组件，所述缆索连接组件两端分别与一段所述缆索连接；/n所述缆索绕过所述滑轮组(311)与所述拉力传感器(39)、所述锁定球头(32)依次连接，可拖拽所述锁定球头(32)移动；/n所述锁定球头(32)用于拖拽绳驱机械臂的待测部件；/n所述滚珠丝杆组件(37)用于驱动缆索连接组件平移并带动缆索实现准静态拖拽。/n

【技术特征摘要】
1.绳驱机械臂摩擦测量装置，其特征在于，包括臂杆夹具(54)、拖拽测量框架(4)；所述臂杆夹具(54)用于固定一段臂杆；
所述拖拽测量框架(4)包括：
导杆(310)、托板(38)、滚珠丝杆组件(37)、缆索、拉力传感器(39)、锁定球头(32)；
所述导杆(310)每端各与一个所述托板(38)固定连接，所述托板(38)设有滑轮组(311)；
所述滚珠丝杆组件(37)与所述托板(38)固定连接，所述滚珠丝杆组件(37)上设有缆索连接组件，所述缆索连接组件两端分别与一段所述缆索连接；
所述缆索绕过所述滑轮组(311)与所述拉力传感器(39)、所述锁定球头(32)依次连接，可拖拽所述锁定球头(32)移动；
所述锁定球头(32)用于拖拽绳驱机械臂的待测部件；
所述滚珠丝杆组件(37)用于驱动缆索连接组件平移并带动缆索实现准静态拖拽。


2.根据权利要求1所述的绳驱机械臂摩擦测量装置，其特征在于，还包括气浮导轨(36)；
所述导杆(310)与气浮导轨(36)所在直线相互垂直，所述托板(38)悬浮在气浮导轨(36)上并可沿气浮导轨(36)滑动。


3.根据权利要求2所述的绳驱机械臂摩擦测量装置，其特征在于，所述拖拽测量框架(4)为两自由度拖拽测量框架(3)；
所述两自由度拖拽测量框架(3)包括上、下两层框架且所述上、下两层框架的组件组成相同。


4.根据权利要求3所述的绳驱机械臂摩擦测量装置，其特征在于，还包括拖拽环(31)；
所述上、下两层框架的导杆(310)所在直线相互垂直；
所述拖拽环(31)边缘与所述上、下两层框架的导杆(310)活动连接，可沿导杆(310)滑动；
所述锁定球头移动的方向与所述导杆(310)所在直线方向平行；
所述上、下两层框架的锁定球头由外到内穿过同一个拖拽环(31)，用于拖拽待测臂杆并使其轴心始终穿过拖拽环(31)中心；
所述上、下两层框架为并联关系，可在两...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑旭东，梁斌，朱先进，陈章，王学谦，廖庆敏，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44