CN103940599A

CN103940599A - 气动肌肉/气缸综合测试系统

Info

Publication number: CN103940599A
Application number: CN201410149469.1A
Authority: CN
Inventors: 姜飞龙; 陶国良; 刘昊; 李超; 赵勇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-04-14
Also published as: CN103940599B

Abstract

本发明公开了一种气动肌肉/气缸综合测试系统，包括底座、第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架、连接件、拉力传感器、第一转换接头、第二转换接头、拉线式编码器、被测气动肌肉、无摩擦气缸、气动三联体、气动比例压力阀、第二气动比例压力阀、第一气动电磁阀、第二气动电磁阀、第三气动电磁阀、压力传感器、控制器、计算机、驱动与放大电路，本发明以无摩擦气缸作为动力驱动单元，通过分别控制无摩擦气缸的有杆腔、无杆腔、气动肌肉的气压，实现气动肌肉等张、气缸摩擦力、气动肌肉等张和等长特性的综合测试，本发明具有结构简单紧凑、通用型强、自动化程度高的特点，可同时用于气动肌肉或气缸的性能测试。

Description

气动肌肉/气缸综合测试系统

技术领域

本发明属于气动测试技术领域，涉及一种气动肌肉/气缸综合测试系统。

背景技术

气动肌肉/气缸作为气动领域最重要的执行元件，其本身特性的优劣，直接影响到元器件乃至整个设备的使用寿命，因此在出厂之前有必要对其进行测试检验是否合格；与此同时测定气动肌肉/气缸的参数特性，有助于在工程实践中更好的对其进行伺服控制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种气动肌肉/气缸综合测试系统，本发明结构简单、方便、高效。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种气动肌肉/气缸综合测试系统，包括：底座、第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架、连接件、拉力传感器、第一转换接头、第二转换接头、拉线式编码器、被测气动肌肉、无摩擦气缸、气动三联体、气动比例压力阀、第二气动比例压力阀、第一气动电磁阀、第二气动电磁阀、第三气动电磁阀、压力传感器、控制器、计算机、驱动与放大电路；其中，第一支撑架固定在底座上，连接件一端固定在第一支撑架上，另一端与拉力传感器连接，被测气动肌肉一端通过第一转换接头与拉力传感器连接，另一端通过第二转换接头与无摩擦气缸连接，被测气动肌肉同轴安装拉线式编码器，无摩擦气缸通过第二支撑架和第三支撑架固定在底座上；

气动三联体的出气口分别连接第一气动比例压力阀和第二气动比例压力阀的进气口，第一气动比例压力阀的出气口分别连接第一气动电磁阀、第二气动电磁阀的进气口，第二气动比例压力阀的出气口连接第三气动电磁阀的进气口，第一气动电磁阀的出气口连接无摩擦气缸的有杆腔，第二气动电磁阀的出气口连接连接无摩擦气缸的无杆腔，第三气动电磁阀的出气口连接被测气动肌肉的进气口；第一气动比例压力阀、第二气动比例压力阀、第一气动电磁阀、第二气动电磁阀和第三气动电磁阀的电磁驱动线圈均与驱动与放大电路的输出接口相连，驱动与放大电路的输入接口与控制器的AO/DO接口相连，三个压力传感器、拉力传感器、拉线式编码器均与控制器的A/D接口连接，控制器与计算机相连。

本发明的有益效果为：

1.本发明利用无摩擦气缸，可以实现气动肌肉/气缸的综合测试；

2.本发明利用结构简单，拆装方便、可以简单的实现气动肌肉/气缸测试的切换；

3.本发明利用全自动化控制，可以简洁高效的实现气动肌肉/气缸的测试。

附图说明

图1是气动肌肉/气缸综合测试系统结构图；

图2是气动肌肉/气缸综合测试系统原理图；

图3是驱动与放大电路原理图；

图中，底座1、第一支撑架2、第二支撑架9、第三支撑架11、连接件3、拉力传感器4、第一转换接头5、第二转换接头8、拉线式编码器6、被测气动肌肉7、无摩擦气缸10、气动三联体12、第一气动比例压力阀13、第二气动比例压力阀21、第一气动电磁阀14、第二气动电磁阀15、第三气动电磁阀16、压力传感器17、控制器18、计算机19、驱动与放大电路20。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明气动肌肉/气缸综合测试系统包括：底座1、第一支撑架2、第二支撑架9、第三支撑架11、连接件3、拉力传感器4、第一转换接头5、第二转换接头8、拉线式编码器6、被测气动肌肉7、无摩擦气缸10、气动三联体12、气动比例压力阀13、第二气动比例压力阀21、第一气动电磁阀14、第二气动电磁阀15、第三气动电磁阀16、压力传感器17、控制器18、计算机19、驱动与放大电路20。其中，第一支撑架2用螺栓连接的方式固定在底座1上，连接件3一端通过螺纹连接的方式固定在第一支撑架2上，另一端通过螺纹连接的方式与拉力传感器4连接，被测气动肌肉7一端通过第一转换接头5与拉力传感器4连接，另一端通过第二转换接头8与无摩擦气缸10连接，被测气动肌肉7同轴安装拉线式编码器6，无摩擦气缸10通过第二支撑架9和第三支撑架11固定在底座1上。

气动三联体12的出气口分别连接第一气动比例压力阀13和第二气动比例压力阀21的进气口，第一气动比例压力阀13的出气口分别连接第一气动电磁阀14、第二气动电磁阀15的进气口，第二气动比例压力阀21的出气口连接第三气动电磁阀16的进气口，第一气动电磁阀14的出气口连接无摩擦气缸10的有杆腔，第二气动电磁阀15的出气口连接连接无摩擦气缸10的无杆腔，第三气动电磁阀16的出气口连接被测气动肌肉7的进气口，第一气动比例压力阀13、第二气动比例压力阀21、第一气动电磁阀14、第二气动电磁阀15和第三气动电磁阀16的电磁驱动线圈均与驱动与放大电路20的输出接口相连，驱动与放大电路20的输入接口与控制器18的AO/DO接口相连，三个压力传感器17、拉力传感器4、拉线式编码器6均与控制器18的A/D接口连接，控制器18与计算机19相连。

如图3所示，驱动与放大电路20包括输出端子U1、达林顿管U2、光藕管U3、四个MOS管M1-M4、四个二极管D1-D4和两个电阻R1-R2。达林顿管U2的信号输入管脚连接控制器18的输出接口，达林顿管U2的四个信号输出管脚连接光藕管U3的四个信号输入管脚（管脚2、4、6、8），光藕管U3的四个电源输入管脚（管脚1、3、5、7）均连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接+5V电源的正极，光藕管U3的四个电压输出管脚（管脚16、14、12、10）均连接+12V电源的正极，光藕管U3的四个信号输出管脚（管脚15、13、11、9）同时连接四个MOS管M1-M4的栅极及电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，四个MOS管M1-M4的漏极均接地，MOS管M1的源极同时连接二极管D1的正极和输出端子U1的端子针脚2，MOS管M2的源极同时连接二极管D2的正极和输出端子U1的端子针脚4，MOS管M3的源极同时连接二极管D3的正极和输出端子U1的端子针脚6，MOS管M4的源极同时连接二极管D4的正极和输出端子U1的端子针脚8，四个二极管D1-D4的负极和U1的端子针脚1、3、5、7均接+24V电源的正极。

驱动与放大电路20的一端连接第一气动比例压力阀13、第二气动比例压力阀21、第一气动电磁阀14、第二气动电磁阀15、第三气动电磁阀16，驱动与放大电路20的另一端连接控制器18，根据控制器18的控制信号实现对第一气动比例压力阀13、第二气动比例压力阀21、第一气动电磁阀14、第二气动电磁阀15和第三气动电磁阀16的驱动。

本发明的工作过程如下：按照图1完成被测气动肌肉7的安装。将气动三联体12的进气口连接气源，通过观察其压力表调节其出气口的气体压力，拉力传感器4、拉线式编码器6、第一气动比例压力阀13、第二气动比例压力阀21、第二气动电磁阀15、三个压力传感器17、控制器18、计算机19、驱动与放大电路20通电，通过计算机19控制控制器18输出的数字量经过驱动与放大电路20驱动第二气动电磁阀15工作在右位，通过计算机19控制控制器18输出的模拟量经过驱动与放大电路20驱动第二气动比例压力阀21的进气口打开一定的开度对被测气动肌肉7进行充气，与被测气动肌肉7的进气口连接的压力传感器17作为反馈，控制器18输出的模拟量经过驱动与放大电路20驱动第二气动比例压力阀21被测气动肌肉7的内部压力不变，通过第二气动比例压力阀21控制被测气动肌肉7的内部压力，被测气动肌肉7内部压力保持不变，通过第一气动比例压力阀13控制无摩擦气缸10的内部压力，测量多组数据，即得到被测气动肌肉7的等压特性曲线。

将气动三联体12的进气口连接气源，通过观察其压力表调节其出气口的气体压力，拉线式编码器6、第一气动比例压力阀13、第二气动比例压力阀21、第二气动电磁阀15、三个压力传感器17、控制器18、计算机19、驱动与放大电路20通电，通过计算机19控制控制器18输出的数字量经过驱动与放大电路20驱动第二气动电磁阀15工作在右位，控制器18输出的模拟量经过驱动与放大电路20驱动第一气动比例压力阀13的进气口打开一定的开度给无摩擦气缸10的有杆腔充气，与无摩擦气缸10有杆腔连接的压力传感器17反馈给计算机保证无摩擦气缸10有杆腔的气压恒定，通过计算机19控制控制器18输出的模拟量经过驱动与放大电路20驱动第二气动比例压力阀21控制被测气动肌肉7的压力以实现被测气动肌肉7拉力的调节，与此同时同轴安装的拉线式编码器6测量到被测气动肌肉7的收缩量，传输给控制器18在计算机19显示，通过第二气动比例压力阀21改变被测气动肌肉7的内部压力，测量多组数据，即得到被测气动肌肉7的等张特性曲线。

拆掉无摩擦气缸10，将气动三联体12的进气口连接气源，通过观察其压力表调节其出气口的气体压力，拉力传感器4、第二气动比例压力阀21、三个压力传感器17、控制器18、计算机19、驱动与放大电路20通电，通过第二支撑架9把被测气动肌肉7固定在底座1上，通过计算机19控制控制器18输出的模拟量经过驱动与放大电路20驱动第二气动比例压力阀21的进气口打开一定的开度进行充气，拉力传感器4测量到不同气压下被测气动肌肉7的拉力，传输给控制器18在计算机19显示，通过第二气动比例压力阀21改变被测气动肌肉7的内部压力，即得到被测气动肌肉7的等长特性曲线。

将气动三联体12的进气口连接气源，通过观察其压力表调节其出气口的气体压力，拉力传感器4、第一气动比例压力阀13、第二气动电磁阀15、三个压力传感器17、控制器18、计算机19、驱动与放大电路20通电，整个装置竖直放置，无摩擦气缸10处于装置的下方，将被测气动肌肉7替换为被测气缸，通过计算机19控制控制器18输出的数字量经过驱动与放大电路20驱动第一气动电磁阀14和第二气动电磁阀15分别工作在右位和左位，使得无摩擦气缸10有杆腔直接通大气，无杆腔接通气源，控制器18输出的模拟量经过驱动与放大电路20驱动第一气动比例压力阀13的进气口打开一定的开度进行充气，通过第一气动比例压力阀13调节进气压力直到无摩擦气缸10活塞处于悬浮状态以平衡活塞自身的重量，将被测气缸与无摩擦气缸10用转换接头连接，继续调节无摩擦气缸10的进气压力，直到被测气缸活塞运动，与此同时无摩擦气缸10无杆腔的压力传感器17测量气压的变化，传输给控制器18在计算机19显示，读取压差△p，即可获得被测气缸的摩擦力特性。如下式：

其中△p为压差，单位为MPa，F_f为摩擦力，单位为N；S为无摩擦气缸无杆腔的总面积，单位为mm²，M为无摩擦气缸10的活塞、活塞杆和转换接头的总质量，单位为kg，g为重力加速度。

本发明通过分别控制、无摩擦气缸的有杆腔、无杆腔、气动肌肉的气压，实现气动肌肉等张、气缸摩擦力、气动肌肉等张和等长特性的综合测试，本发明拥有其他气缸或者气动肌肉测试系统无法比拟的优势。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式中的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种气动肌肉/气缸综合测试系统，其特征在于，包括：底座（1）、第一支撑架（2）、第二支撑架（9）、第三支撑架（11）、连接件（3）、拉力传感器（4）、第一转换接头（5）、第二转换接头（8）、拉线式编码器（6）、被测气动肌肉（7）、无摩擦气缸（10）、气动三联体（12）、气动比例压力阀（13）、第二气动比例压力阀（21）、第一气动电磁阀（14）、第二气动电磁阀（15）、第三气动电磁阀（16）、压力传感器（17）、控制器（18）、计算机（19）、驱动与放大电路（20）；其中，第一支撑架（2）固定在底座（1）上，连接件（3）一端固定在第一支撑架（2）上，另一端与拉力传感器（4）连接，被测气动肌肉（7）一端通过第一转换接头（5）与拉力传感器（4）连接，另一端通过第二转换接头（8）与无摩擦气缸（10）连接，被测气动肌肉（7）同轴安装拉线式编码器（6），无摩擦气缸（10）通过第二支撑架（9）和第三支撑架（11）固定在底座（1）上；气动三联体（12）的出气口分别连接第一气动比例压力阀（13）和第二气动比例压力阀（21）的进气口，第一气动比例压力阀（13）的出气口分别连接第一气动电磁阀（14）、第二气动电磁阀（15）的进气口，第二气动比例压力阀（21）的出气口连接第三气动电磁阀（16）的进气口，第一气动电磁阀（14）的出气口连接无摩擦气缸（10）的有杆腔，第二气动电磁阀（15）的出气口连接连接无摩擦气缸（10）的无杆腔，第三气动电磁阀（16）的出气口连接被测气动肌肉（7）的进气口；第一气动比例压力阀（13）、第二气动比例压力阀（21）、第一气动电磁阀（14）、第二气动电磁阀（15）和第三气动电磁阀（16）的电磁驱动线圈均与驱动与放大电路（20）的输出接口相连，驱动与放大电路（20）的输入接口与控制器（18）的AO/DO接口相连，三个压力传感器（17）、拉力传感器（4）、拉线式编码器（6）均与控制器（18）的A/D接口连接，控制器（18）与计算机（19）相连。