CN107246949A

CN107246949A - 用于双连杆斜碰撞的实验装置及其实验方法

Info

Publication number: CN107246949A
Application number: CN201710638561.8A
Authority: CN
Inventors: 赵宇航; 王伟; 沈煜年
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2017-10-13

Abstract

本发明公开了一种用于双连杆斜碰撞的实验装置，包括滑动平板机构、滑台机构、双连杆机构、高速摄像机和计算机；所述滑动平板机构和滑台机构均固定在试验平台上，双连杆机构一端与滑台机构固连，另一端与滑动平板机构接触，高速摄像机采集双连杆机构与滑动平板机构接触处的运动学数据，并将数据送入计算机，经计算机进行运动分析，得到不同构型下的双连杆发生斜碰撞时的动力学响应。本发明结构简单，稳定可靠，造价经济。

Description

用于双连杆斜碰撞的实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及力学斜碰撞实验技术，具体涉及一种用于双连杆斜碰撞的实验装置及其实验方法。

背景技术

随着科技的发展，双足机器人以双连杆机械臂逐渐在生活生产的各个领域得到大量应用，在此类双杆机构等应用中带摩擦的斜碰撞是一个不可忽视的热点问题。如何有效的避免带摩擦的斜碰撞给双连杆机构带来的影响，也成为了相关领域研发中的重要课题。对于此类问题的研究方法，基本为采用理论方法对含摩擦碰撞过程的机械臂动力学建模及数值模拟、或者采用有限元进行动力学仿真，来分析不同构型状态的机械臂滑动粘滞等动力学现象，但大多均为理论结果，实际有关实验研究很少涉及。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于双连杆斜碰撞的实验装置及其实验方法，填补了双连杆斜碰撞实验的空白。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于双连杆斜碰撞的实验装置，包括滑动平板机构、滑台机构、双连杆机构、高速摄像机和计算机；所述滑动平板机构和滑台机构均固定在试验平台上，双连杆机构一端与滑台机构固连，另一端与滑动平板机构接触，高速摄像机采集双连杆机构与滑动平板机构接触处的运动学数据，并将数据送入计算机，经计算机进行运动分析，得到不同构型下的双连杆发生斜碰撞时的动力学响应。

所述运动学数据包括速度、加速度和位移。

所述滑动平板机构包括槽形滚轴支架、约束滚轴、滑动平板、两个约束滚轴支架和若干个滚轴；所述槽形滚轴支架底面固定在实验平台上，在槽形滚轴支架的凹槽内均匀间隔分布若干个滚轴，滚轴与凹槽内壁转动连接，两个约束滚轴支架对称固定在槽形滚轴支架一端顶面，约束滚轴的两端分别与两个约束滚轴支架转动连接；滑动平板设置在滚轴上，并位于约束滚轴下方，在外力作用下，滑动平板沿间隔设置的滚轴滑动，以实现滑动平板沿着槽形滚轴支架做直线运动。

所述滑动平板机构还包括紧固螺钉，紧固螺钉设置在任意一个约束滚轴支架上，锁紧紧固螺钉后，滑动平板不能运动。

所述滑台机构包括滑台固定底板、滑台加固架和滑台，滑台固定底板固定在试验平台上，滑台底面固定在滑台固定底板上，双连杆机构与滑台的滑块固连，滑台加固架固定在滑台背面和滑台固定底板上。

所述双连杆机构包括固定盘、双连杆连接轴、定位轴承、轴承套、第一连杆、铰接轴、第二连杆和接触头；固定盘与滑台的滑块固连，双连杆连接轴一端与固定盘固连，另一端通过定位轴承与第一连杆一端转动连接，定位轴承外壁通过轴承套限位；第一连杆另一端通过铰接轴与第二连杆的一端转动连接，第二连杆另一端设有接触头，接触头与滑动平板机构的滑动平板接触。

所述双连杆连接轴与滑台的滑块垂直，第一连杆与双连杆连接轴垂直，第二连杆在滑动平板上的投影与滚轴垂直。

一种基于用于双连杆斜碰撞的实验装置的实验方法，实验步骤如下：

步骤1、搭建用于双连杆斜碰撞的实验装置，转入步骤2；

步骤2、调节滑块到任意高度，并向上提起第二连杆，使第一连杆与第二连杆均平行于水平面，转入步骤3；

步骤3、拖动滑动平板，使在滚轴上其匀速滑动，转入步骤4；

步骤4、松开第二连杆，第二连杆和第一连杆作自由落体，第二连杆端部的接触头与滑动平板发生斜碰撞，转入步骤5；

步骤5、高速摄像机采集此时接触头与滑动平板接触处的运动学数据，并将数据送入计算机，并返回步骤2，直至采集完所有不同高度下的实验数据，转入步骤6；

步骤6、经计算机中的TEMA软件进行运动分析，得到不同构型下的双连杆发生斜碰撞时的动力学响应。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）双连杆的构型可以通过滑台调控滑块高度来进行控制；（2）碰撞的摩擦系数可通过更换接触头进行控制；（3）结构简单，稳定可靠，造价经济。

附图说明

图1为本发明用于双连杆斜碰撞的实验装置的整体结构示意图。

图2为本发明滑动平板机构的结构示意图。

图3为本发明滑台机构的结构示意图。

图4为本发明双连杆机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图4，本发明提出了一种用于双连杆斜碰撞的实验装置，通过滑块调节任意高度，更换接触头及滑动平板的控制，实现了对于不同构型下的双连杆的带摩擦的斜碰撞的动力学响应实验，从而有效的对机器臂等进行结构优化设计，为实际机械臂或类似机构提供理论依据，规避不利因素，提高其机构设计的合理性。

一种用于双连杆斜碰撞的实验装置，包括速度可控的滑动平板机构1、高度可控的滑台机构8、杆端可更换的双连杆机构12、高速摄像机21和计算机22。所述滑动平板机构1和滑台机构8均固定在试验平台上，双连杆机构12一端与滑台机构8固连，另一端与滑动平板机构1接触，高速摄像机21采集双连杆机构12与滑动平板机构1接触处的运动学数据，并将数据送入计算机22，经计算机22中的TEMA（运动分析软件）进行运动分析，得到不同构型下的双连杆发生斜碰撞时的动力学响应，从而对理论方法进行对比修正，以及有效的对机器臂等进行结构优化设计。

所述运动学数据包括速度、加速度和位移。

所述滑动平板机构1包括槽形滚轴支架2、约束滚轴6、滑动平板7、两个约束滚轴支架4和若干个滚轴3；所述槽形滚轴支架2底面固定在实验平台上，在槽形滚轴支架2的凹槽内均匀间隔分布若干个滚轴3（以6个为例），滚轴3与凹槽内壁通过转轴转动连接，两个约束滚轴支架4对称通过螺栓固定在槽形滚轴支架2一端顶面，约束滚轴6的两端分别与两个约束滚轴支架4通过转轴转动连接。滑动平板7设置在滚轴3上，并位于约束滚轴6下方，在外力作用下，滑动平板7可沿间隔设置的滚轴3滑动，以实现滑动平板7沿着槽形滚轴支架2做直线运动。

所述滑动平板机构1还包括紧固螺钉5，紧固螺钉5设置在任意一个约束滚轴支架4上，锁紧紧固螺钉5后，滑动平板7不能运动。

所述高度可调滑台机构8包括滑台固定底板9、滑台加固架10和滑台11（市购，飞万机械设备有限公司、型号KR100），滑台固定底板9固定在试验平台上，滑台11底面固定在滑台固定底板9上，滑台加固架10通过螺钉固定在滑台11背面和滑台固定底板9上，用于支撑加固滑台11，防止斜碰撞时装置震动，增加装置稳定性，减少实验误差。

所述双连杆机构12包括固定盘13、双连杆连接轴14、定位轴承15、轴承套16、第一连杆17、铰接轴18、第二连杆19和接触头20；固定盘13与滑台11的滑块通过螺钉固连，双连杆连接轴14一端与固定盘13通过螺纹固连，另一端通过定位轴承15与第一连杆17一端转动连接，定位轴承15外壁通过轴承套16限位。第一连杆17另一端通过铰接轴18与第二连杆19的一端转动连接，第二连杆19另一端与接触头20通过螺纹连接，接触头20与滑动平板机构1的滑动平板7接触。所述接触头20可更换。

所述双连杆连接轴14与滑台11的滑块垂直，第一连杆17与双连杆连接轴14垂直，第二连杆19在滑动平板7上的投影与滚轴3垂直。

第一连杆17与双连杆连接轴14和定位轴承15之间的摩擦系数均为0.0015，第一连杆17、第一连杆19和铰接轴18之间的摩擦系数均为0.12。

步骤1、搭建用于双连杆斜碰撞的实验装置，转入步骤2；

步骤2、调节滑块到任意高度，并向上提起第二连杆19，使第一连杆17与第二连杆19均平行于水平面（即滑动平板7），转入步骤3；

步骤3、拖动滑动平板7，使在滚轴3上其匀速滑动，转入步骤4；

步骤4、松开第二连杆19，第二连杆19和第一连杆17作自由落体，第二连杆19端部的接触头20与滑动平板7发生斜碰撞，转入步骤5；

步骤5、高速摄像机21采集此时接触头20与滑动平板7接触处的运动学数据，并将数据送入计算机22，并返回步骤2，直至采集完所有不同高度下的实验数据，转入步骤6；

步骤6、经计算机22中的TEMA软件进行运动分析，得到不同构型下的双连杆发生斜碰撞时的动力学响应。

Claims

1.一种用于双连杆斜碰撞的实验装置，其特征在于：包括滑动平板机构（1）、滑台机构（8）、双连杆机构（12）、高速摄像机（21）和计算机（22）；所述滑动平板机构（1）和滑台机构（8）均固定在试验平台上，双连杆机构（12）一端与滑台机构（8）固连，另一端与滑动平板机构（1）接触，高速摄像机（21）采集双连杆机构（12）与滑动平板机构（1）接触处的运动学数据，并将数据送入计算机（22），经计算机（22）进行运动分析，得到不同构型下的双连杆发生斜碰撞时的动力学响应。

2.根据权利要求1所述的用于双连杆斜碰撞的实验装置，其特征在于：所述运动学数据包括速度、加速度和位移。

3.根据权利要求1所述的用于双连杆斜碰撞的实验装置，其特征在于：所述滑动平板机构（1）包括槽形滚轴支架（2）、约束滚轴（6）、滑动平板（7）、两个约束滚轴支架（4）和若干个滚轴（3）；所述槽形滚轴支架（2）底面固定在实验平台上，在槽形滚轴支架（2）的凹槽内均匀间隔分布若干个滚轴（3），滚轴（3）与凹槽内壁转动连接，两个约束滚轴支架（4）对称固定在槽形滚轴支架（2）一端顶面，约束滚轴（6）的两端分别与两个约束滚轴支架（4）转动连接；滑动平板（7）设置在滚轴（3）上，并位于约束滚轴（6）下方，在外力作用下，滑动平板（7）沿间隔设置的滚轴（3）滑动，以实现滑动平板（7）沿着槽形滚轴支架（2）做直线运动。

4.根据权利要求3所述的用于双连杆斜碰撞的实验装置，其特征在于：所述滑动平板机构（1）还包括紧固螺钉（5），紧固螺钉（5）设置在任意一个约束滚轴支架（4）上，锁紧紧固螺钉（5）后，滑动平板（7）不能运动。

5.根据权利要求1所述的用于双连杆斜碰撞的实验装置，其特征在于：所述滑台机构（8）包括滑台固定底板（9）、滑台加固架（10）和滑台（11），滑台固定底板（9）固定在试验平台上，滑台（11）底面固定在滑台固定底板（9）上，双连杆机构（12）与滑台（11）的滑块固连，滑台加固架（10）固定在滑台（11）背面和滑台固定底板（9）上。

6.根据权利要求5所述的用于双连杆斜碰撞的实验装置，其特征在于：所述双连杆机构（12）包括固定盘（13）、双连杆连接轴（14）、定位轴承（15）、轴承套（16）、第一连杆（17）、铰接轴（18）、第二连杆（19）和接触头（20）；固定盘（13）与滑台（11）的滑块固连，双连杆连接轴（14）一端与固定盘（13）固连，另一端通过定位轴承（15）与第一连杆（17）一端转动连接，定位轴承（15）外壁通过轴承套（16）限位；第一连杆（17）另一端通过铰接轴（18）与第二连杆（19）的一端转动连接，第二连杆（19）另一端设有接触头（20），接触头（20）与滑动平板机构（1）的滑动平板（7）接触。

7.根据权利要求6所述的用于双连杆斜碰撞的实验装置，其特征在于：所述双连杆连接轴（14）与滑台（11）的滑块垂直，第一连杆（17）与双连杆连接轴（14）垂直，第二连杆（19）在滑动平板（7）上的投影与滚轴（3）垂直。

8.一种基于权利要求1~7中任意一项所述的用于双连杆斜碰撞的实验装置的实验方法，其特征在于，实验步骤如下：

步骤1、搭建用于双连杆斜碰撞的实验装置，转入步骤2；

步骤2、调节滑块到任意高度，并向上提起第二连杆（19），使第一连杆（17）与第二连杆（19）均平行于水平面，转入步骤3；

步骤3、拖动滑动平板（7），使在滚轴（3）上其匀速滑动，转入步骤4；

步骤4、松开第二连杆（19），第二连杆（19）和第一连杆（17）作自由落体，第二连杆（19）端部的接触头（20）与滑动平板（7）发生斜碰撞，转入步骤5；

步骤5、高速摄像机（21）采集此时接触头（20）与滑动平板（7）接触处的运动学数据，并将数据送入计算机（22），并返回步骤2，直至采集完所有不同高度下的实验数据，转入步骤6；

步骤6、经计算机（22）中的TEMA软件进行运动分析，得到不同构型下的双连杆发生斜碰撞时的动力学响应。