CN110480680A - 一种软体机械臂力控制精度测试平台及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及软体机器人技术领域，更具体地，涉及一种软体机械臂力控制精度测试平台。一种软体机械臂力控制精度测试平台，包括机架、设于机架底板上的软体臂固定底座以及一端安装在软体臂固定底座上的软体臂主体，所述软体臂主体的另一端设置有激光头，所述软体臂主体上设置有用于连接外接气路的软体气路接头，所述机架的顶部设置有用于记录激光头所发射光束位置的坐标格板。通过本装置可以得到软体臂主体在定量气体的作用下的偏转角度，从而实现软体臂主体的控制精度测试。

Description

一种软体机械臂力控制精度测试平台及其测试方法

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，更具体地，涉及一种软体机械臂力控制精度测试平台及其测试方法。

背景技术

软体机器人相比刚性机器人有很多优势，它可以更好适应各种环境，受到外界冲击后也不会产生大的伤害，在空间狭小、非结构下的环境下都可以完成复杂的任务，例如医疗、军事及探测领域。另外，其材料可以用3D打印等方式来生产，成本也比刚性机器人要低得多。还有业内人士认为，软体机器人比刚性机器人拥有更强的计算能力，其重要性不亚于液态金属机器人。但由于软体机器人的结构和材料是非线性的，且拥有多自由度，这导致了对机器人的精确控制非常困难复杂，而当前缺少一种能够有效测试软体机械臂力控制精度的测试平台。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种软体机械臂力控制精度测试平台。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种软体机械臂力控制精度测试平台，包括机架、设于机架底板上的软体臂固定底座以及一端安装在软体臂固定底座上的软体臂主体，所述软体臂主体的另一端设置有激光头，所述软体臂主体上设置有用于连接外接气路的软体气路接头，所述机架的顶部设置有用于记录激光头所发射光束位置的坐标格板。

在本技术方案中，测量软体臂主体与软体臂固定底座连接处距离坐标格板的垂直高度；在软体臂主体进行充气前，记录下激光头发射的光束在坐标格板上的初始坐标位置；外接气源通过软体气路接头对软体臂主体充入一定量的气体后，软体臂主体开始弯曲，软体臂主体在弯曲的时候激光头的光束会沿着坐标格板移动，并记录光束的最终坐标位置，通过初始坐标位置与最终坐标位置，可以得到光束的移动距离；通过垂直高度与移动距离即可计算出软体臂主体的偏转角度，最终可以得到软体臂主体在定量气体的作用下的偏转角度，从而实现软体臂主体的控制精度测试。在本技术方案中，坐杆格板为透明材质最佳，这样有利于光束映射至坐标格板的上表面，且坐杆格板的横纵坐标的实际刻度最好设置在坐标格板的上表面，这样方便读取数据。

优选地，所述机架上并位于所述软体臂主体一侧设置有可调节的传感器固定座，所述传感器固定座固定连接有力传感器平台。在本技术方案中，在软体臂主体弯曲到一定角度后，软体臂主体与力传感器平台相抵接，力传感器平台将获取到各向力Fx、Fy、Fz和力矩Mx、My、Mz。需要说明的是，以上数据可通过力传感器平台输出至显示器上并进行分析。根据以上数据便可获取到力盒变形程度的关系，为软体臂主体的精确控制做研究基础。

优选地，所述传感器固定座包括设于机架上的立臂以及与所述立臂相铰接的转动臂，所述转动臂与所述力传感器平台固定相连。在本技术方案中，立臂与转动臂相铰接，力传感器平台通过转动臂在立臂上转动，可以小范围调节软体臂主体与力传感器平台之间的接触点。需要说明的是，力传感器平台与弯曲的软体臂主体抵接时，力传感器平台不会对软体臂主体的弯曲造成阻碍。

优选地，所述机架底板上设置有弹性伸缩装置，所述软体臂固定底座通过所述弹性伸缩装置安装在机架底板上。在本技术方案中，软体臂主体弯曲，力传感器平台对软体臂主体的弯曲状态造成阻碍时，软体臂固定底座通过所述弹性伸缩装置安装在机架底板上，软体臂固定底座带动软体臂主体相对弹性伸缩装置发生移动，从而可以抵消力传感器平台对软体臂主体的弯曲状态造成的阻碍作用，得到软体臂主体真实弯曲度。

优选地，所述弹性伸缩装置包括滑槽、设于所述滑槽中的导柱、沿所述导柱运动并与所述滑槽滑动连接的滑块，所述滑块与所述软体臂固定底座固定相连。在本技术方案中，滑块沿着导柱与滑槽滑动连接，当软体臂主体弯曲碰到力传感器平台时，软体臂主体变形导致的位移由滑块的移动产生。

优选地，所述导柱的两端均设置有弹簧结构，所述弹簧结构的一端与所述导柱固定相连，所述弹簧结构的另一端与所述滑块相抵接。在本技术方案中，当软体臂主体复原时，在弹簧力的作用下滑块可以回到初始位置。

优选地，所述机架底板上设置有用于带动弹性伸缩装置运动的线性模组，所述弹性伸缩装置通过所述线性模组设置在所述机架底板上。在本技术方案中，线性模组可以带动弹性伸缩装置运动，由于不同的软体臂主体，其长度不同，软体臂主体弯曲后位置也是不同的，弹性伸缩装置的移动量是有限的，所以增加线性模组方便调节软体臂主体的位置，从而使得该装置可以适应不同的软体臂主体测试。

优选地，所述机架上还设置有固定架，所述固定架上设置有用于记录光束在坐标格板上移动轨迹的摄像装置。在本技术方案中摄像装置可以用于记录光束在坐标格板上运动的轨迹以及运动时间，利用摄像头装置回放可以得到光束在运动轨迹中其中某一段路径上的移动速率。此外，坐标格板上的横纵坐标均设置有实际刻度；摄像装置为高速摄像机。

优选地，所述激光头设置在所述软体臂主体端面的中心。

本发明还提供一种软体机械臂力控制精度测试方法，包括以下步骤：

S1：测量软体臂主体与软体臂固定底座连接处距离坐标格板的垂直高度H；

S2:打开激光头，记录光束在坐标格板上的初始位置A，利用外接气源向软体臂主体充气，启动摄像装置记录光束在坐标格板上的运动轨迹，启动力传感器平台；

S3：充气完成后，记录光束在坐标格板上的最终位置B，同时根据力传感器平台获取到软体臂主体各向力Fx、Fy、Fz和力矩Mx、My、Mz，以上数据通过力传感器平台输出至显示器上并进行分析；

S4：根据坐标格板的刻度，计算出位置A与位置B之间的距离L；

S5：根据垂直高度H以及距离L，利用公式计算出偏转角；

S6：利用摄像装置记录的光束移动轨迹，将光束的移动轨迹均匀进行N等份并进行区间标记；

S7：根据步骤S4计算的距离得到每等份距离d，d＝L/N；

S8：根据利用摄像装置记录的光束移动轨迹，从摄像装置回放的录像中可以得到光束在每等份轨迹中运动的时间t；

S9：根据公式v＝d/t，可以得到光束在每等份运动的平均速率；

S10：若光束在每等份轨迹运动的速率v不大于10％，则该软体臂主体为精准臂，反之为不精准臂。

与现有技术相比，有益效果是：

本发明可以对软体臂主体进行控制精度测试，通过线性模组的设置，线性模组可以带动弹性伸缩装置运动，由于不同的软体臂主体，其长度不同，软体臂主体弯曲后位置也是不同的，弹性伸缩装置的移动量是有限的，增加线性模组方便调节软体臂主体的位置，从而使得该装置可以适应不同的软体臂主体的精度测试。

附图说明

图1是本发明控制精度测试平台的立体图；

图2是本发明中软体臂固定底座、软体臂主体以及软体气路接头的装配图；

图3是本发明中弹性伸缩装置的立体图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1至图3所示，一种软体机械臂力控制精度测试平台，包括机架1、设于机架底板11上的软体臂固定底座2以及一端安装在软体臂固定底座2上的软体臂主体3，软体臂主体3的另一端设置有激光头4，软体臂主体3上设置有用于连接外接气路的软体气路接头5，其中5A所示为气管接头位置，机架1的顶部设置有用于记录激光头所发射光束位置的坐标格板6。需要说明的是,软体臂主体3可以为三腔中空结构,软体臂主体3与软体臂固定底座2粘接，激光头5从中空部分穿至软体臂主体3头部端面的中心。

在本实施例中,测量软体臂主体3与软体臂固定底座2连接处距离坐标格板6的垂直高度；在软体臂主体3进行充气前，记录下激光头4发射的光束在坐标格板6上的初始坐标位置；外接气源通过软体气路接头5对软体臂主体3充入一定量的气体后，软体臂主体3开始弯曲，软体臂主体3在弯曲的时候激光头4的光束会沿着坐标格板6移动，并记录光束的最终坐标位置，通过初始坐标位置与最终坐标位置，可以得到光束的移动距离；通过垂直高度与移动距离即可计算出软体臂主体3的偏转角度，最终可以得到软体臂主体3在定量气体的作用下的偏转角度，从而实现软体臂主体3的控制精度测试。需要说明的是，坐杆格板6为透明材质最佳，这样有利于光束映射至坐标格板6的上表面。

其中，机架1上并位于软体臂主体3一侧设置有可调节的传感器固定座7，传感器固定座7固定连接有力传感器平台10。在软体臂主体3弯曲到一定角度后，软体臂主体3与力传感器平台10相抵接，力传感器平台10将获取到各向力Fx、Fy、Fz和力矩Mx、My、Mz。需要说明的是，以上数据可通过力传感器平台10输出至显示器上并进行分析。根据以上数据便可获取到力盒变形程度的关系，为软体臂主体10的精确控制做研究基础。

另外，传感器固定座7包括设于机架1上的立臂71以及与立臂71相铰接的转动臂72，转动臂72与力传感器平台10固定相连。立臂71与转动臂72相铰接，力传感器平台10通过转动臂72在立臂7上转动，可以小范围调节软体臂主体3与力传感器平台10之间的接触点。需要说明的是，力传感器平台10与弯曲的软体臂主体3抵接时，力传感器平台10不会对软体臂主体3的弯曲造成阻碍。

其中，机架底板11上设置有弹性伸缩装置8，软体臂固定底座2通过弹性伸缩装置8安装在机架底板11上。软体臂主体3弯曲，力传感器平台10对软体臂主体3的弯曲状态造成阻碍时，软体臂固定底座3通过弹性伸缩装置8安装在机架底板11上，软体臂固定底座3带动软体臂主体3相对弹性伸缩装置8发生移动，从而可以抵消力传感器平台10对软体臂主体3的弯曲状态造成的阻碍作用，得到软体臂主体3真实弯曲度。

另外，弹性伸缩装置8包括滑槽81、设于滑槽81中的导柱82、沿导柱82运动并与滑槽81滑动连接的滑块83，滑块83与软体臂固定底座2固定相连。当软体臂主体3弯曲碰到力传感器平台10时，力传感器平台10对软体臂主体3的弯曲造成阻碍时，由于作用力的相互性，滑块83会沿着导柱82与滑槽81滑动，软体臂主体3变形导致的位移由滑块83的移动产生。

其中，导柱82的两端均设置有弹簧结构84，弹簧结构84的一端与导柱82固定相连，弹簧结构84的另一端与滑块83相抵接。当软体臂主体3复原时，在弹簧力的作用下滑块83可以回到初始位置。

另外，机架底板11上设置有用于带动弹性伸缩装置8运动的线性模组，弹性伸缩装置8通过线性模组9设置在机架底板11上。线性模组11可以带动弹性伸缩装置8运动，由于不同的软体臂主体3，其长度不同，软体臂主体3弯曲后位置也是不同的，弹性伸缩装置8的移动量是有限的，所以增加线性模组9方便调节软体臂主体3的位置，从而使得该装置可以适应不同的软体臂主体3测试。

其中，机架1上还设置有固定架13，固定架13上设置有用于记录光束在坐标格板6上移动轨迹的摄像装置12。摄像装置12可以用于记录光束在坐标格板6上运动的轨迹以及运动时间，由于坐标格板6上设置有刻度，摄像装置12回放时会显示时间，利用摄像头装置12回放可以得到光束在运动轨迹其中某一段路径上的移动速率。此外，摄像装置12最好采用高速摄像装置。

需要指出的是，力传感器平台10可以采用AMTI Optima HPS，激光头4可以采用FU-77，线性模组11可以采用LX3005-B1-A3038-300，高速摄像机可采用FASTCAM MINI AX100，但是均不局限于上述型号，其它能满足其功能要求的型号也均可。

实施例2

一种软体机械臂力控制精度测试方法，包括以下步骤：

S1：测量软体臂主体3与软体臂固定底座2连接处距离坐标格板6的垂直高度H；

S2:打开激光头4，记录光束在坐标格板6上的初始位置A，利用外接气源向软体臂主体3充气，启动摄像装置12记录光束在坐标格板6上的运动轨迹，启动力传感器平台10；

S3：充气完成后，记录光束在坐标格板6上的最终位置B，同时根据力传感器平台10获取到软体臂主体3各向力Fx、Fy、Fz和力矩Mx、My、Mz，以上数据通过力传感器平台输出至显示器上并进行分析；

S4：根据坐标格板6的刻度，计算出位置A与位置B之间的距离L；

S5：根据垂直高度H以及距离L，利用公式计算出偏转角；

S6：利用摄像装置12记录的光束移动轨迹，将光束的移动轨迹均匀进行N等份并进行区间标记；

S7：根据步骤S4计算的距离得到每等份距离d，d＝L/N；

S8：根据利用摄像装置12记录的光束移动轨迹，从摄像装置12回放的录像中可以得到光束在每等份轨迹中运动的时间t；

S9：根据公式v＝d/t，可以得到光束在每等份运动的平均速率；

S10：若光束在每等份轨迹运动的速率v不大于10％，则该软体臂主体(3)为精准臂，反之为不精准臂。

需要说明的是，在本实施例中，摄像装置12为高速摄像装置，此外在步骤S3中，软体臂主体3与力传感器平台10刚好抵接。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：包括机架(1)、设于机架底板(11)上的软体臂固定底座(2)以及一端安装在软体臂固定底座(2)上的软体臂主体(3)，所述软体臂主体(3)的另一端设置有激光头(4)，所述软体臂主体(3)上设置有用于连接外接气路的软体气路接头(5)，所述机架(1)的顶部设置有用于记录激光头(4)所发射光束位置的坐标格板(6)。

2.根据权利要求1所述的一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：所述机架(1)上并位于所述软体臂主体(3)一侧设置有可调节的传感器固定座(7)，所述传感器固定座(7)固定连接有力传感器平台(10)。

3.根据权利要求2所述的一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：所述传感器固定座(7)包括设于机架(1)上的立臂(71)以及与所述立臂(71)相铰接的转动臂(72)，所述转动臂(72)与所述力传感器平台(10)固定相连。

4.根据权利要求1所述的一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：所述机架底板(11)上设置有弹性伸缩装置(8)，所述软体臂固定底座(2)通过所述弹性伸缩装置(8)安装在机架底板(11)上。

5.根据权利要求4所述的一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：所述弹性伸缩装置(8)包括滑槽(81)、设于所述滑槽(81)中的导柱(82)、沿所述导柱(82)运动并与所述滑槽(81)滑动连接的滑块(83)，所述滑块(83)与所述软体臂固定底座(2)固定相连。

6.根据权利要求5所述的一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：所述导柱(82)的两端均设置有弹簧结构(84)，所述弹簧结构(84)的一端与所述导柱(82)固定相连，所述弹簧结构(84)的另一端与所述滑块(83)相抵接。

7.根据权利要求4所述的一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：所述机架底板(11)上设置有用于带动弹性伸缩装置(8)运动的线性模组(9)，所述弹性伸缩装置(8)通过所述线性模组设置(8)在所述机架底板(11)上。

8.根据权利要求1所述的一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：所述机架(1)上还设置有固定架(13)，所述固定架(13)上设置有用于记录光束在坐标格板(6)上移动轨迹的摄像装置(12)。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种软体机械臂力控制精度测试平台，其特征在于：所述激光头(4)设置在所述软体臂主体(3)端面的中心。

10.一种软体机械臂力控制精度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：测量软体臂主体(3)与软体臂固定底座(2)连接处距离坐标格板(6)的垂直高度H；

S2:打开激光头(4)，记录光束在坐标格板(6)上的初始位置A，利用外接气源向软体臂主体(3)充气，启动摄像装置(12)记录光束在坐标格板(6)上的运动轨迹，启动力传感器平台(10)；

S3：充气完成后，记录光束在坐标格板(6)上的最终位置B，同时根据力传感器平台(10)获取到软体臂主体(3)各向力Fx、Fy、Fz和力矩Mx、My、Mz，以上数据通过力传感器平台输出至显示器上并进行分析；

S4：根据坐标格板(6)的刻度，计算出位置A与位置B之间的距离L；

S5：根据垂直高度H以及距离L，利用公式计算出偏转角；

S6：利用摄像装置(12)记录的光束移动轨迹，将光束的移动轨迹均匀进行N等份并进行区间标记；

S7：根据步骤S4计算的距离得到每等份距离d，d＝L/N；

S8：根据利用摄像装置(12)记录的光束移动轨迹，从摄像装置(12)回放的录像中可以得到光束在每等份轨迹中运动的时间t；

S9：根据公式v＝d/t，可以得到光束在每等份运动的平均速率；

S10：若光束在每等份轨迹运动的速率v不大于10％，则该软体臂主体(3)为精准臂，反之为不精准臂。