CN110757509B - 一种机器人转动关节侧向刚度测量装置及方法 - Google Patents

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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侧向刚度测量装置及方法；其中测量装置包括基板、相对且间隔设置在基板上的两个固定弯板，所述固定弯板上设置有用于固定待测转动关节的安装座，所述待测转动关节和两个固定弯板位于同一直线上，还包括通过导轨滑动连接在基板上的拨叉和测力装置，所述测力装置与拨叉连接，所述测力装置与拨叉连接线垂直于两个固定弯板的连接线，所述待测转动关节位于所述拨叉的叉槽内，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。本发明具有结构简单，计算方法简便，一套装置便可以轻松获取不同角度的侧向刚度值，效率高，成本低的优点，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侧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侧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侧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侧向刚度测量装置，包括基板、相对且间隔设置在基板上的两个固定弯板，所述固定弯板上设置有用于固定待测转动关节的安装座，所述待测转动关节和两个固定弯板位于同一直线上，还包括通过导轨滑动连接在基板上的拨叉和测力装置，所述测力装置与拨叉连接，所述测力装置与拨叉连接线垂直于两个固定弯板的连接线，所述待测转动关节位于所述拨叉的叉槽内，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拨叉铰链连接的拉力计、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，与所述千分表的顶针垂直抵接在拨叉上。
作为进一步改进，还包括过渡杆，所述两个固定弯板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，所述过渡杆位于拨叉的叉槽内。
进一步的，所述固定弯板包括与基板连接的底板、与底板垂直设置用于设置安装座的安装板，固定连接于底板和安装板之间的加强板，所述加强板有两块，分别位于底板的两侧边上。
更进一步的，所述拨叉的叉槽内径略大于过渡杆外径，所述拨叉的叉壁上设置有螺纹通孔，所述螺纹通孔内设置有紧定螺钉。
作为一种改进，所述过渡杆的两段设置有螺纹，用以连接待测转动关节；所述过渡杆的中间设置有固定凹槽。
进一步的，还包括绳索，所述绳索一端固定链接在所述固定凹槽内，另一端与拉力计连接。
一种机器人转动关节侧向刚度测量方法，包括以下步骤：
S1、获取过渡杆的侧向刚度，记为Kt；
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、待测转动关节的侧向刚度记为Kr，则待测转动关节的侧向刚度Kr＝(K-Kt)/2。
本发明提出一种机器人转动关节侧向刚度测量装置及方法，具有结构简单，计算方法简便，一套装置便可以轻松获取不同角度的侧向刚度值，效率高，成本低的优点，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侧向刚度测量装置俯视图；
图2是本发明一种机器人转动关节侧向刚度测量装置立体图；
图3是本发明一种机器人转动关节侧向刚度测量装置部分结构的立体图；
图4是本发明一种机器人转动关节侧向刚度测量装置中过渡杆立体图。
基板 1 过渡法兰盘 2
第一固定弯板 3 待测转动关节 4
过渡杆 5 拨叉 6
千分表 7 紧定螺钉 8
表座 9 第二固定弯板 10
绳索 11 拉力计 12
拨叉垫块 13 拨叉直线导轨 14
拉力计垫块 15 拉力计导轨 16
固定凹槽 501 内螺纹 502
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侧向刚度测量装置和方法。
提供一种机器人转动关节侧向刚度测量装置，包括基板、相对且间隔设置在基板上的两个固定弯板，所述固定弯板上设置有用于固定待测转动关节的安装座，所述待测转动关节和两个固定弯板位于同一直线上，还包括通过导轨滑动连接在基板上的拨叉和测力装置，所述测力装置与拨叉连接，所述测力装置与拨叉连接线垂直于两个固定弯板的连接线，所述待测转动关节位于所述拨叉的叉槽内，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侧向刚度测量装置，所述基板是整套测试装置的基础，通过螺钉固定在特定工位，所述第一固定弯板和第二固定弯板通过螺钉连接的方式固定在基板上。
所述过渡法兰盘设置有两个，分别与第一固定弯板和第二固定弯板通过螺钉进行连接。所述过渡法兰盘上设置有安装座。所述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。作为一种优选实施方式，所述过渡法兰盘均匀分布多个法兰孔，用以调整转动关节的测试角度从而获取被测活动关节不同方向的侧向刚度值。
所述过渡杆两侧设置有内螺纹，中间部位设置有固定凹槽，内螺纹部分用来和被测活动关节进行螺纹连接，固定凹槽部分为所述绳索的放置提供位置固定。
所述拨叉通过螺钉连接的方式固定在所述拨叉直线导轨上，所述拨叉直线导轨通过螺钉连接的方式固定在拨叉垫块上，所述拨叉垫块通过螺钉连接的方式固定在所述基板上。所述拨叉上开有贯通孔，使得所述绳索能够穿过贯通孔与所述拉力计相连接。所述拨叉还均匀开设有螺纹通孔，所述紧定螺钉与螺纹通孔进行配合，通过紧定螺钉的旋进使得过渡杆和拨叉紧密接触，消除因过渡杆和拨叉之间的间隙而带来的机器人转动关节的侧向刚度测量值的误差。
所述拉力计通过螺钉连接的方式固定在所述拉力计直线导轨上，所述拉力计直线导轨通过螺钉连接的方式固定在拉力计垫块上，所述拉力计垫块通过螺纹连接的方式固定在所述基板上。所述磁力表座通过磁力的方式固定在所述基板上，所述千分表固定在所述磁力表座上。所述千分表的指针抵接拨叉的外表面。
为保证测试精度，需要保证拉力计水平且拉力计指针轴线和两个被测转动关节的公共轴线处于同一水平面上，而且保持垂直。另外，第一固定弯板，第二固定弯板，过渡杆以及拨叉等主要结构件的刚度应尽可能高，以减小测试误差。
一种机器人转动关节侧向刚度测量方法，包括以下步骤：
S1、获取过渡杆的侧向刚度，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、待测转动关节的侧向刚度记为Ka，则待测转动关节的侧向刚度Ka＝2*Kb/(K*Kb-1)。
本发明提出一种机器人转动关节侧向刚度测量装置及方法，具有结构简单，计算方法简便，一套装置便可以轻松获取不同角度的侧向刚度值，效率高，成本低的优点，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 (7)

1.一种机器人转动关节侧向刚度测量装置，其特征在于，包括基板、相对且间隔设置在基板上的两个固定弯板，所述固定弯板上设置有用于固定待测转动关节的安装座，所述待测转动关节和两个固定弯板位于同一直线上，还包括通过导轨滑动连接在基板上的拨叉和测力装置，所述测力装置与拨叉连接，所述测力装置与拨叉连接线垂直于两个固定弯板的连接线，所述待测转动关节位于所述拨叉的叉槽内，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，所述位移检测装置包括千分表和固定设置于基板上的表座，所述千分表固定安装在表座上，与所述千分表的顶针垂直抵接在拨叉上；
还包括过渡杆，所述两个固定弯板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，所述过渡杆位于拨叉的叉槽内。
2.如权利要求1所述机器人转动关节侧向刚度测量装置，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所述机器人转动关节侧向刚度测量装置，其特征在于，所述拉力测量装置包括与拨叉铰链连接的拉力计、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3所述机器人转动关节侧向刚度测量装置，其特征在于，所述固定弯板包括与基板连接的底板、与底板垂直设置用于设置安装座的安装板，固定连接于底板和安装板之间的加强板，所述加强板有两块，分别位于底板的两侧边上。
5.如权利要求4所述机器人转动关节侧向刚度测量装置，其特征在于，所述拨叉的叉槽内径略大于过渡杆外径，所述拨叉的叉壁上设置有螺纹通孔，所述螺纹通孔内设置有紧定螺钉。
6.如权利要求5所述机器人转动关节侧向刚度测量装置，其特征在于，所述过渡杆的两段设置有螺纹，用以连接待测转动关节；所述过渡杆的中间设置有固定凹槽。
7.如权利要求6所述机器人转动关节侧向刚度测量装置，其特征在于，还包括绳索，所述绳索一端固定链接在所述固定凹槽内，另一端与拉力计连接。
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