CN110672287B - 一种电动作动器的刚度测量装置 - Google Patents

一种电动作动器的刚度测量装置 Download PDF

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Abstract

本申请实施例涉及伺服技术领域，具体地，涉及一种电动作动器的刚度测量装置。刚度测量装置的上台体和下台体沿竖直方向相对设置，上台体位于下台体的顶部；多个电动作动器沿下台体的周向均匀分布，电动作动器的顶端与上台体之间球铰连接、且底端与下台体之间铰接；液压加载伺服系统包括液压泵站、液压缸、活塞以及活塞杆；液压缸的底端铰接于下台体的圆心，活塞杆的顶端伸出液压缸且铰接于上台体；液压泵站用于向液压缸提供液压油；检测单元用于检测活塞杆的位移、有杆腔中的压力和无杆腔中的压力。该刚度测量装置能够测量多台并联的电动作动器的刚度。

Description

一种电动作动器的刚度测量装置
技术领域
本申请涉及伺服技术领域，具体地，涉及一种电动作动器的刚度测量装置。
背景技术
现有技术中，对于单台电动作动器的刚度测量已经有比较成熟的测量方法。一般采用与被测的电动作动器串联的液压伺服缸或电动伺服缸施加一定的负载，同时测量被测作动器的位移，从而计算出刚度。
但是对于并联的多台电动作动器的刚度，比如并联机器人，则无法将多台电动作动器搬运到刚度试验台上进行刚度测量。并联刚度不仅与每台电动作动器的刚度有关，而且还与电动作动器的伸出位置有关。现有技术的(“基于电液伺服并联六自由度机构的广义负载模拟理论和实验研究”，吴乐彬，《中国博士学位论文全文数据库》，2011年)中公开了能够对多台并联的电动作动器的刚度的试验装置。现有技术测量多台并联的电动作动器的刚度的准确程度较低。
发明内容
本申请实施例中提供了一种电动作动器的刚度测量装置，该刚度测量装置能够测量多台并联的电动作动器的刚度，使电动作动器与实际工作位置一致，从而能够准确测量并联的刚度。
本申请实施例提供了一种电动作动器的刚度测量装置，该刚度测量装置包括上台体、下台体、多个并联的电动作动器、液压加载伺服系统以及检测单元；其中：
所述上台体和所述下台体沿竖直方向相对设置，所述上台体位于所述下台体的顶部；
多个所述电动作动器沿所述下台体的周向均匀分布，所述电动作动器的顶端与所述上台体之间球铰连接、且底端与所述下台体之间铰接；
所述液压加载伺服系统包括液压泵站、液压缸、活塞以及活塞杆；
所述活塞固定连接于所述活塞杆的一端，并将所述液压缸的腔体分隔为有杆腔和无杆腔；
所述液压缸的底端铰接于所述下台体的圆心，所述活塞杆的顶端伸出所述液压缸且铰接于所述上台体；
所述液压泵站与所述液压缸流体连通，用于向所述有杆腔和所述无杆腔提供液压油；
所述检测单元用于检测所述活塞杆的位移、所述有杆腔中的压力和所述无杆腔中的压力。
优选地，所述检测单元包括固定安装于所述液压缸的位移传感器、安装于所述无杆腔的第一压力传感器以及安装于所述有杆腔的第二压力传感器；
所述位移传感器用于检测所述活塞杆的位移；
所述第一压力传感器用于检测所述无杆腔中的压力；
所述第二压力传感器用于检测所述有杆腔中的压力。
优选地，所述下台体的顶面上固定安装有与所述电动作动器一一对应的电动作动器下铰接座，所述电动作动器的底端通过销轴安装于对应的电动作动器下铰接座；
所述上台体的底面安装有与所述电动作动器一一对应的电动作动器上铰接座，所述电动作动器的顶端通过销轴安装于对应的电动作动器上铰接座。
优选地，所述电动作动器上铰接座与上台体之间安装有关节轴承。
优选地，所述下台体的顶面中心固定安装有液压缸铰接座，所述液压缸通过销轴安装于所述液压缸铰接座；
所述上台体的中心安装有沿竖直方向可调节地活塞杆铰接座，所述活塞杆铰接座上通过销轴安装有所述活塞杆。
优选地，所述上台体设置有中心通孔；
所述活塞杆铰接座的顶部设置有调节丝杆，所述调节丝杆穿过所述中心通孔后与螺母螺纹连接。
优选地，所述液压泵站包括液压油箱和液压油泵，所述液压油泵的进油口与所述液压油箱之间流体连通，所述液压油泵的出油口与所述有杆腔和所述无杆腔之间均流体连通，用于将所述液压油箱中的液压油泵入所述有杆腔和所述无杆腔中。
优选地，所述液压加载伺服系统还包括伺服阀和液压控制系统；
所述液压控制系统与所述伺服阀和所述液压油泵均信号连接；
所述伺服阀安装于所述液压油泵与所述有杆腔和所述无杆腔之间的液压管路上；
所述液压控制系统用于控制所述液压油泵和所述伺服阀的启闭。
优选地，所述电动作动器下铰接座和所述液压缸铰接座通过紧固件安装于所述下台体。
优选地，还包括与所述检测单元信号连接的计算单元；
根据所述检测单元检测的信号，所述计算单元计算并联的所述电动作动器的刚度值。
采用本申请实施例中提供的电动作动器的刚度测量装置，具有以下有益效果：
上述刚度测量装置在并联的电动作动器上安装有液压加载伺服系统和检测单元，液压加载伺服系统用于对并联的电动作动器进行加载，检测单元用于检测活塞杆的位移、有杆腔中的压力和无杆腔中的压力，通过液压缸的有杆腔和无杆腔中的压力能够间接计算出液压缸的加载力，再根据测量的活塞杆的位移，可以精确计算出并联的电动作动器的刚度值；同时，上述刚度测量装置采用液压缸进行加载能产生较大的加载力，液压加载伺服系统刚度大，能够避免产品变形位移误差；因此，采用上述刚度测量装置能够准确计算出并联的电动作动器的刚度。
在上述刚度测量装置中，当被测并联的电动作动器要求测量不同位移的刚度值时，只需要将液压缸的活塞杆伸出或缩回调整即可，因此，上述刚度测量装置不仅能够准确测量多台电动作动器的刚度，而且还能通过调整活塞杆的位置来测量电动作动器不同位移情况下的并联刚度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种刚度测量装置的结构示意图；
图2为图1中提供的刚度测量装置的液压加载伺服系统的工作原理图；
图3为图2中提供的液压加载伺服系统的液压控制原理图；
图4为图1中提供的刚度测量装置的刚度计算原理图。
附图标记：
1-刚度测量装置；11-上台体；12-下台体；13-电动作动器；14-液压加载伺服系统；15-位移传感器；16-第一压力传感器；17-第二压力传感器；18-电动作动器下铰接座；19-电动作动器上铰接座；20-液压缸铰接座；21-活塞杆铰接座；211-调节丝杆；22-螺母；23-计算单元；
141-液压油箱；142-液压油泵；143-液压缸；144-活塞；145-活塞杆；146-有杆腔；147-无杆腔；148-伺服阀；149-液压控制系统；150-液压管路。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1和图2所示，本申请实施例提供了一种电动作动器13的刚度测量装置1，该刚度测量装置1包括上台体11、下台体12、多个并联的电动作动器13、液压加载伺服系统14以及检测单元(图中未示出)；其中：上台体11和下台体12沿竖直方向相对设置，上台体11位于下台体12的顶部；多个电动作动器13沿下台体12的周向均匀分布，电动作动器13的顶端与上台体11之间球铰连接、且底端与下台体12之间铰接；电动作动器13的底端通过销轴铰接于下台体12，使得电动作动器13的底端只有一个方向的旋转自由度，而电动作动器13的顶端与上台体11之间形成球铰连接，使得电动作动器13的顶端具有三个方向的旋转自由度；液压加载伺服系统14包括液压泵站、液压缸143、活塞144以及活塞杆145；活塞144固定连接于活塞杆145的一端，并将液压缸143的腔体分隔为有杆腔146和无杆腔147；液压缸143的底端铰接于下台体12的圆心，活塞杆145的顶端伸出液压缸143且铰接于上台体11，如图1结构所示，液压缸143位于四个电动作动器13的中心位置；液压泵站与液压缸143流体连通，用于向有杆腔146和无杆腔147提供液压油；检测单元用于检测活塞杆145的位移、有杆腔146中的压力和无杆腔147中的压力。如图1结构所示，在上台体11和下台体12之间设置有并联的四个电动作动器13，在本申请实施例中，仅以设置有四个电动作动器13为例进行说明，但不对电动作动器13的数量进行限定，即，在实际使用过程中，在上台体11和下台体12之间还可以设置有三个、五个、六个或多个电动作动器13。同时，在下台体12的底部和上台体11的顶部还可以设置有多个支撑板。
上述刚度测量装置1在并联的电动作动器13上安装有液压加载伺服系统14和检测单元，液压加载伺服系统14用于对并联的电动作动器13进行加载，检测单元用于检测活塞杆145的位移、有杆腔146中的压力和无杆腔147中的压力，通过液压缸143的有杆腔146和无杆腔147中的压力能够间接计算出液压缸143的加载力，再根据测量的活塞杆145的位移，可以精确计算出并联的电动作动器13的刚度值；同时，上述刚度测量装置1采用液压缸143进行加载能产生较大的加载力，液压加载伺服系统14刚度大，能够避免产品变形位移误差；因此，采用上述刚度测量装置1能够准确计算出并联的电动作动器13的刚度。
在上述刚度测量装置1中，当被测并联的电动作动器13要求测量不同位移的刚度值时，只需要将液压缸143的活塞杆145伸出或缩回调整即可，因此，上述刚度测量装置1不仅能够准确测量多台电动作动器13的刚度，而且还能通过调整活塞杆145的位置来测量电动作动器13不同位移情况下的并联刚度。
一种具体的实施方式中，如图2结构所示，检测单元包括固定安装于液压缸143的位移传感器15、安装于无杆腔147的第一压力传感器16以及安装于有杆腔146的第二压力传感器17；位移传感器15用于检测活塞杆145的位移；第一压力传感器16用于检测无杆腔147中的压力；第二压力传感器17用于检测有杆腔146中的压力。
上述刚度测量装置1中，采用压力传感器测量液压缸143的有杆腔146和无杆腔147中的压力，对压力传感器要求较低，有利于降低成本，使液压加载伺服系统14控制简单可靠；同时，采用位移传感器15测量液压缸143中活塞杆145的轴向位移，使得位移测量更加准确，从而能够准确地测量出并联的电动作动器13的刚度。
具体地，如图1结构所示，下台体12的顶面上固定安装有与电动作动器13一一对应的电动作动器下铰接座18，电动作动器下铰接座18可以通过螺钉、螺栓、铆钉等紧固件固定安装于下台体12；电动作动器13的底端通过销轴安装于对应的电动作动器下铰接座18；上台体11的底面安装有与电动作动器13一一对应的电动作动器上铰接座19，电动作动器13的顶端通过销轴安装于对应的电动作动器上铰接座19。电动作动器上铰接座19与上台体11之间安装有关节轴承。
如图1结构所示，下台体12的顶面中心固定安装有液压缸铰接座20，液压缸143通过销轴安装于液压缸铰接座20；上台体11的中心安装有沿竖直方向可调节地活塞杆铰接座21，活塞杆铰接座21上通过销轴安装有活塞杆145。液压缸铰接座20可以通过螺钉、螺栓、铆钉等紧固件安装于下台体12。上台体11设置有中心通孔(图中未示出)；活塞杆铰接座21的顶部设置有调节丝杆211，调节丝杆211穿过中心通孔后与螺母22螺纹连接。
由于活塞杆铰接座21的顶部设置有调节丝杆211，调节丝杆211穿过上台体11的中心通孔后与螺母22螺纹连接，因此，能够通过调节丝杆211和螺母22之间的螺纹连接来调节活塞杆145的位置；在上述刚度测量装置1中，当被测并联的电动作动器13要求测量不同位移的刚度值时，不仅可以通过将液压缸143的活塞杆145伸出或缩回调整，还可以通过与调节丝杆211螺纹连接的螺母22来微量调节活塞杆145的位置，从而使得上述刚度测量装置1能够测量电动作动器13不同位移情况下的并联刚度。
如图2所示，液压泵站包括液压油箱141和液压油泵142，液压油泵142的进油口与液压油箱141之间流体连通，液压油泵142的出油口与有杆腔146和无杆腔147之间均流体连通，用于将液压油箱141中的液压油泵142入有杆腔146和无杆腔147中。
如图3所示，液压加载伺服系统14还包括伺服阀148和液压控制系统149；液压控制系统149与伺服阀148和液压油泵142均信号连接；伺服阀148安装于液压油泵142与有杆腔146和无杆腔147之间的液压管路150上；液压控制系统149用于控制液压油泵142和伺服阀148的启闭。
通过液压加载伺服系统14中设置的液压控制系统149可以对液压油泵142进行控制，以调节液压油泵142的输出的液压油的压力和流量；通过液压控制系统149还可以控制伺服阀148的阀芯开口，以实现对液压缸143的有杆腔146和无杆腔147的供油控制。
如图4结构所示，上述刚度测量装置1中还包括与检测单元信号连接的计算单元23；根据检测单元检测的信号，计算单元23计算并联的电动作动器13的刚度值。
计算单元23根据检测单元测量的有杆腔146和无杆腔147的压力，并根据液压缸143的活塞144的两端的面积，能够计算出液压缸143的输出力的大小，可以测量出被测的并联的电动作动器13的加载力的大小；计算单元23根据测量的活塞杆145的位移，就可以精确地计算出并联的电动作动器13的刚度值。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电动作动器的刚度测量装置，其特征在于，包括上台体、下台体、多个并联的电动作动器、液压加载伺服系统以及检测单元；其中：
所述上台体和所述下台体沿竖直方向相对设置，所述上台体位于所述下台体的顶部；
多个所述电动作动器沿所述下台体的周向均匀分布，所述电动作动器的顶端与所述上台体之间球铰连接、且底端与所述下台体之间铰接；
所述液压加载伺服系统包括液压泵站、液压缸、活塞以及活塞杆；
所述活塞固定连接于所述活塞杆的一端，并将所述液压缸的腔体分隔为有杆腔和无杆腔；
所述液压缸的底端铰接于所述下台体的圆心，所述活塞杆的顶端伸出所述液压缸且铰接于所述上台体；
所述液压泵站与所述液压缸流体连通，用于向所述有杆腔和所述无杆腔提供液压油；
所述检测单元用于检测所述活塞杆的位移、所述有杆腔中的压力和所述无杆腔中的压力。
2.根据权利要求1所述的刚度测量装置，其特征在于，所述检测单元包括固定安装于所述液压缸的位移传感器、安装于所述无杆腔的第一压力传感器以及安装于所述有杆腔的第二压力传感器；
所述位移传感器用于检测所述活塞杆的位移；
所述第一压力传感器用于检测所述无杆腔中的压力；
所述第二压力传感器用于检测所述有杆腔中的压力。
3.根据权利要求2所述的刚度测量装置，其特征在于，所述下台体的顶面上固定安装有与所述电动作动器一一对应的电动作动器下铰接座，所述电动作动器的底端通过销轴安装于对应的电动作动器下铰接座；
所述上台体的底面安装有与所述电动作动器一一对应的电动作动器上铰接座，所述电动作动器的顶端通过销轴安装于对应的电动作动器上铰接座。
4.根据权利要求3所述的刚度测量装置，其特征在于，所述电动作动器上铰接座与上台体之间安装有关节轴承。
5.根据权利要求4所述的刚度测量装置，其特征在于，所述下台体的顶面中心固定安装有液压缸铰接座，所述液压缸通过销轴安装于所述液压缸铰接座；
所述上台体的中心安装有沿竖直方向可调节地活塞杆铰接座，所述活塞杆铰接座上通过销轴安装有所述活塞杆。
6.根据权利要求5所述的刚度测量装置，其特征在于，所述上台体设置有中心通孔；
所述活塞杆铰接座的顶部设置有调节丝杆，所述调节丝杆穿过所述中心通孔后与螺母螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的刚度测量装置，其特征在于，所述液压泵站包括液压油箱和液压油泵，所述液压油泵的进油口与所述液压油箱之间流体连通，所述液压油泵的出油口与所述有杆腔和所述无杆腔之间均流体连通，用于将所述液压油箱中的液压油泵入所述有杆腔和所述无杆腔中。
8.根据权利要求7所述的刚度测量装置，其特征在于，所述液压加载伺服系统还包括伺服阀和液压控制系统；
所述液压控制系统与所述伺服阀和所述液压油泵均信号连接；
所述伺服阀安装于所述液压油泵与所述有杆腔和所述无杆腔之间的液压管路上；
所述液压控制系统用于控制所述液压油泵和所述伺服阀的启闭。
9.根据权利要求5所述的刚度测量装置，其特征在于，所述电动作动器下铰接座和所述液压缸铰接座通过紧固件安装于所述下台体。
10.根据权利要求1-9任一项所述的刚度测量装置，其特征在于，还包括与所述检测单元信号连接的计算单元；
根据所述检测单元检测的信号，所述计算单元计算并联的所述电动作动器的刚度值。
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