CN110757508A - 一种机器人转动关节轴向刚度测量装置及方法 - Google Patents

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赵海波
赵伟国
董吉洪
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    • B25J19/0095—Means or methods for testing manipulators
    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明属于机械设备测量技术领域，具体涉及一种机器人转动关节轴向刚度测量装置及方法；其中测量装置，包括基板、固定设置在基板一侧的固定端和通过导轨滑动连接在基板上的活动端、以及设置在基板另一侧的测力装置，所述测力装置、活动端、固定端和待测转动关节位于同一轴线上，所述活动端和固定端上设置有用于固定待测转动关节的安装座，所述基板上还设置有用于测量活动端位移的位移检测装置；具有结构简单，计算方法简便，效率和精度较高等优点，可以为机器人转动关节的科研和生产提供数据支持。

Description

一种机器人转动关节轴向刚度测量装置及方法
技术领域
本发明属于机械设备测量技术领域，具体涉及一种机器人转动关节轴向刚度测量装置及方法。
背景技术
如今，机器人在各行各业中都有着广泛的应用；机器人在运动过程中，需要驱动机器人的关节进行直线、转动等一系列运动，从而完成各项运动。为实现预定运动，各种转动关节如铰链，虎克铰，球铰链被大量使用。随着机器人应用领域的不断拓展，机器人对各个转动关节的要求也越来越苛刻。不仅要求其传动精度要高，刚度也得足够高以满足使用要求。另外，在一些特殊应用领域如航空航天，由于巨大冲击的存在，对其刚度提出了更高的要求。因此机器人转动关节在设计生产之后必须获取其刚度值。
现有机器人转动关节的刚度获取方法大致有三种，即理论计算，有限元仿真及实测。现有高精度机器人转动关节多采用滚动摩擦代替传统的滑动摩擦，内部结构较为复杂，传动环节较多，进行理论计算难度太大，一般不可取。另外，机器人转动关节内部活动部件较多，各个部件之间的接触情况，预紧力大小都不容易测量，采用有限元仿真无法定量地将这些连接关系真实的表示出来，因此采用有限元仿真技术获取的机器人转动关节的刚度值的准确性难以保证。因此，对于机器人转动关节的刚度取获取，只有实测是最为简单有效的方法。然而，机器人转动关节至少有一个自由度被放开，不容易固定，给刚度测试带来一定的困难，因此，急需研究一种简单便捷且准确性高的机器人转动关节刚度测试装置及方法。
发明内容
针对以上问题，本发明旨在提供一种机器人转动关节轴向刚度测量装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种机器人转动关节轴向刚度测量装置，包括基板、固定设置在基板一侧的固定端和通过导轨滑动连接在基板上的活动端、以及设置在基板另一侧的测力装置，所述测力装置、活动端、固定端和待测转动关节位于同一轴线上，所述活动端和固定端上设置有用于固定待测转动关节的安装座，所述基板上还设置有用于测量活动端位移的位移检测装置。
进一步的，所述测力装置为压力测量装置和/或拉力测量装置。
更进一步的，所述拉力测量装置包括与活动端铰链连接的拉力计、固定设置于基板的垫块，所述拉力计与垫块通过导轨活动连接。
作为一种改进，所述位移检测装置包括千分表和固定设置与基板上的表座，所述千分表固定安装在表座上，所述千分表的顶针与所述轴线平行，与所述千分表的顶针垂直抵接活动端。
作为更进一步的改进，还包括过渡杆，所述活动端、固定端的安装座分别安装一个待测转动关节，两个所待测转动关节之间通过过渡杆固定连接。
作为一种改进，所述活动端包括与基板滑轨连接的底板、与底板垂直设置用于设置安装做的安装板，固定连接于底板和安装板之间的加强板。
进一步的，所述加强板有两块，分别位于底板的两侧边上，所述加强版设置有通孔，所述通孔之间固定设置有横杆，所述横杆与测力装置铰链连接。
更进一步的，所述横杆的一端具有定位轴肩，所述横杆的中间设置有凹槽，所述横杆的另一端为螺纹结构，所述横杆穿过所述通孔后通过锁紧螺母固定。
作为一种改进，还包括绳索，所述绳索一端固定链接在所述凹槽内，另一端与拉力计连接。
一种机器人转动关节轴向刚度测量方法，包括以下步骤：
S1、获取过渡杆的轴向刚度，记为Kb；
S2、将待测机器人转动关节安装在安装座上，将位移检测装置和测力装置归零；
S3、获取预定力值下的位移量；以均匀增长的力值，完成多次测试；
S4、然后将所得的数据进行数据分析，以最小二乘法拟合其斜率，记为K；
S5、待测转动关节的轴向刚度记为Ka，则待测转动关节的轴向刚度Ka＝2*Kb/(K*Kb-1)。
本发明提出一种机器人转动关节轴向刚度测量装置及方法，具有结构简单，计算方法简便，效率和精度较高等优点，可以为机器人转动关节的科研和生产提供数据支持。
附图说明
图1是本发明一种机器人转动关节轴向刚度测量装置立体图；
图2是本发明一种机器人转动关节轴向刚度测量装置正视图；
图3是本发明一种机器人转动关节轴向刚度测量装置活动端立体图；
图4是本发明一种机器人转动关节轴向刚度测量装置横杆立体图。
基板 1 固定端 2
过渡法兰盘 3 待测转动关节 4
过渡杆 5 活动端 6
通孔 601 千分表 7
表座 8 拉力计 9
垫块 10 拉力计直线导轨 11
活动端直线导轨 12 绳索 13
横杆 14 定位轴肩 1401
凹槽 1402 螺纹 1403
具体实施方式
以下结合图1-4具体说明本发明提供的一种机器人转动关节轴向刚度测量装置和方法。
一种机器人转动关节轴向刚度测量装置，包括基板、固定设置在基板一侧的固定端和通过导轨滑动连接在基板上的活动端、以及设置在基板另一侧的测力装置，所述测力装置、活动端、固定端和待测转动关节位于同一轴线上，所述活动端和固定端上设置有用于固定待测转动关节的安装座，所述基板上还设置有用于测量活动端位移的位移检测装置。
其中，所述测力装置为压力测量装置和/或拉力测量装置。作为一种优选实施例，本发明所述测力装置为拉力测量装置包括与活动端铰链连接的拉力计、固定设置于基板的垫块，所述拉力计与垫块通过导轨活动连接。
为了进一步阐述本发明技术方案，测力装置以拉力计为例，如图1-4所示，提供一种机器人转动关节轴向刚度测量装置，所述基板是整套装置的基础，通过螺钉固定在特定工位。所述的固定端通过螺钉连接的方式固定在基板上。所述的过渡法兰盘通过螺钉与固定端进行连接，所述过渡法兰盘上设置有安装座。所述的待测转动关节一端通过螺纹连接固定在安装座上，另一端与过渡杆通过螺纹连接的方式固定连接。所述的过渡杆两侧连接两个相同的待测转动关节。所述的活动端通过螺钉连接的方式与活动端直线导轨进行固连。所述的活动端直线导轨的另一侧则通过螺钉连接的方式固定在所述的基板上。所述的活动端加强板上开有两个同轴的通孔，所述横杆穿过活动端加强板的通孔。所述的横杆的一侧设置有定位轴肩，另一侧设置有螺纹，所述的锁紧螺母与所述的横杆的螺纹配合，使得横杆被锁紧在活动端上。所述的横杆的中间部位开设有凹槽。所述的绳索套在所述的横杆的凹槽中，另一侧与拉力计相连接。所述的拉力计通过螺钉连接的方式固定在所述的拉力计直线导轨上，所述的拉力计直线导轨通过螺钉连接的方式固定在所述的垫块上，所述的垫块通过螺钉连接的方式固定在基板上。所述的磁力表座固定在所述的基板上，所述的千分表固定在表座上，千分表的顶针抵接活动端的内表面。
一种机器人转动关节轴向刚度测量方法，包括以下步骤：
S1、获取过渡杆的轴向刚度，记为Kb；
S2、将待测机器人转动关节安装在安装座上，将位移检测装置和测力装置归零；
S3、获取预定力值下的位移量；以均匀增长的力值，完成多次测量；
S4、然后将所得的数据进行数据分析，以最小二乘法拟合其斜率，记为K；
S5、待测转动关节的轴向刚度记为Ka，则待测转动关节的轴向刚度Ka＝2*Kb/(K*Kb-1)。
本发明提出一种机器人转动关节轴向刚度测量装置及方法，具有结构简单，计算方法简便，效率和精度较高等优点，可以为机器人转动关节的科研和生产提供数据支持。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，包括基板、固定设置在基板一侧的固定端和通过导轨滑动连接在基板上的活动端、以及设置在基板另一侧的测力装置，所述测力装置、活动端、固定端和待测转动关节位于同一轴线上，所述活动端和固定端上设置有用于固定待测转动关节的安装座，所述基板上还设置有用于测量活动端位移的位移检测装置。
2.如权利要求1所述的机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，所述测力装置为压力测量装置和/或拉力测量装置。
3.如权利要求2所述的机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，所述拉力测量装置包括与活动端铰链连接的拉力计、固定设置于基板的垫块，所述拉力计与垫块通过导轨活动连接。
4.如权利要求1所述的机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，所述位移检测装置包括千分表和固定设置与基板上的表座，所述千分表固定安装在表座上，所述千分表的顶针与所述轴线平行，与所述千分表的顶针垂直抵接活动端。
5.如权利要求1所述的机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，还包括过渡杆，所述活动端、固定端的安装座分别安装一个待测转动关节，两个所待测转动关节之间通过过渡杆固定连接。
6.如权利要求3所述的机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，所述活动端包括与基板滑轨连接的底板、与底板垂直设置用于设置安装做的安装板，固定连接于底板和安装板之间的加强板。
7.如权利要求6所述的机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，所述加强板有两块，分别位于底板的两侧边上，所述加强版设置有通孔，所述通孔之间固定设置有横杆，所述横杆与测力装置铰链连接。
8.如权利要求7所述的机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，所述横杆的一端具有定位轴肩，所述横杆的中间设置有凹槽，所述横杆的另一端为螺纹结构，所述横杆穿过所述通孔后通过锁紧螺母固定。
9.如权利要求8所述的机器人转动关节轴向刚度测量装置，其特征在于，还包括绳索，所述绳索一端固定链接在所述凹槽内，另一端与拉力计连接。
10.一种机器人转动关节轴向刚度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取过渡杆的轴向刚度，记为Kb；
S2、将待测机器人转动关节安装在安装座上，将位移检测装置和测力装置归零；
S3、获取预定力值下的位移量；以均匀增长的力值，完成多次测试；
S4、然后将所得的数据进行数据分析，以最小二乘法拟合其斜率，记为K；
S5、待测转动关节的轴向刚度记为Ka，则待测转动关节的轴向刚度Ka＝2*Kb/(K*Kb-1)。
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