CN112268798B - 一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置及其测试方法，包括有垂直滑轮模块、水平滑轮模块、测量模块、驱动模块，垂直滑轮模块为一个且位于中部，水平滑轮模块、测量模块和驱动模块均为两个且呈镜像对称，钢丝绳从驱动侧依次穿过驱动模块、测量模块、水平滑轮模块、垂直滑轮模块至负载侧的水平滑轮模块、测量模块、驱动模块，测量模块上安装有用于检测钢丝绳拉力的拉力传感器部件以及检测钢丝绳位移的拉绳传感器部件，结合传感器部件的检测结果用于钢丝绳与滑轮不同包角对钢丝绳性能的影响分析。本发明可以完成钢丝绳的往复对拉实验，尤其是可以实时检测钢丝绳拉力与绳段位移，具有较好的检测实时性与多样性。

Description

一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置及其测试 方法

技术领域：

本发明涉及柔索驱动领域，主要涉及一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置及其测试方法。

背景技术：

柔索驱动机器人与传统关节式机器人的主要区别在于，柔索驱动机器人通过钢丝绳将电机产生的动力传递至末端执行器。柔索驱动康复机器人是通过多根并联钢丝绳驱动康复装置，协助患者完成相应部位的康复运动训练。钢丝绳是柔索驱动康复机器人的重要部件，钢丝绳的性能直接决定了机器人末端执行器的位置精度以及传动力精度，决定着康复训练的有效性与安全性。康复训练中，若钢丝绳发生故障，可能会导致康复训练失败甚至会给患者带来二次伤害。因此，驱动钢丝绳的性能检测在整个柔索驱动康复机器人研发中有着极其重要的地位。

现有的钢丝绳性能测试平台大多面向矿井、桥梁、起重等工程中所用的大直径钢丝绳，多数采用液压、气压驱动，不适用与机器人中所用到的小直径钢丝绳。而且在钢丝绳的拉力与伸长量检测上具有一定的缺陷。例如，申请号为CN201920804845.4的中国实用新型专利：钢丝绳拉伸疲劳试验装置。此实验机器面向的是大直径钢丝绳，且检测钢丝绳位移的传感器属于间接测量钢丝绳位移，存在一定误差。再如，申请号为CN201910433785.4的中国发明专利：一种手术器械用钢丝绳性能测试装置及方法。此装置虽具备小直径钢丝绳的性能检测能力，但是在装置整体上缺少对钢丝绳长度的检测装置，需要试验前后将钢丝绳卸下再手动进行长度测量，较为不便。且钢丝绳缠绕方式单一，无法改变钢丝绳与滑轮的包角，无法模拟钢丝绳多种受力状态。因此，研发一款新型的可以实时检测小直径钢丝绳拉力以及绳段位移的试验装置及方法尤为重要。

本发明设计的一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置及方法，采用两台力矩电机产生动力，其中一台力矩电机模拟负载，另一台力矩电机对钢丝绳产生驱动力。工作时同一台力矩电机前半个拉伸周期内力矩电机担任负载(或驱动)，后半个拉伸周期内担任驱动(或负载)，一个拉伸周期完成一次往复对拉。同时利用定滑轮受力测量钢丝绳实时拉力，并巧妙设计结构，利用拉绳传感器直接测量钢丝绳位移。且使中间定滑轮组可以移动，改变钢丝绳与滑轮包角，模拟多种工作场景下对钢丝绳性能的检测。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置及其测试方法，可以完成钢丝绳的往复对拉实验，尤其是可以实时检测钢丝绳拉力与绳段位移，并能够模拟多种情况下的钢丝绳与滑轮之间的包角，具有较好的检测实时性与多样性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置，包括有模拟柔索驱动康复机器人用钢丝绳牵引方向的垂直滑轮模块和水平滑轮模块，用于测量钢丝绳的拉力与位移的测量模块，用于给钢丝绳拉伸模拟驱动拉力和负载阻力的驱动模块，所述垂直滑轮模块为一个且位于中部，所述水平滑轮模块、测量模块和驱动模块均为两个，两所述水平滑轮模块、测量模块和驱动模块分别位于垂直滑轮模块的两侧且呈镜像对称，钢丝绳从驱动侧依次穿过驱动模块、测量模块、水平滑轮模块、垂直滑轮模块至负载侧的水平滑轮模块、测量模块、驱动模块，所述测量模块上安装有用于检测钢丝绳拉力的拉力传感器部件以及检测钢丝绳位移的拉绳传感器部件，通过垂直滑轮模块以及两测的水平滑轮模块的配合改变滑轮的水平位置以及垂直位置来改变钢丝绳与滑轮之间的包角，结合传感器部件的检测结果用于钢丝绳与滑轮不同包角对钢丝绳性能的影响分析。

所述的驱动模块包括有左力矩电机模块和右力矩电机模块，其结构完全相同，分别包括有电机模块底座，所述电机模块底座的一端通过电机支架安装有力矩电机，所述力矩电机的输出轴端通过联轴器安装有用于固定钢丝绳的滚筒，所述滚筒的两端通过轴承支架架设在电机模块底座上，且滚筒与轴承支架之间分别通过滚动轴承转动安装，其外侧的滚动轴承端部安装有旋转增量编码器，所述滚筒上分别安装有用于压紧钢丝绳的压板。

所述的测量模块包括有左测量模块和右测量模块，其结构完全相同，分别包括有测量模块底座，所述测量模块底座上安装有一竖直的导轨底座，所述导轨底座上铺设有导轨，所述导轨一侧的导轨底座的上方安装有拉力传感部件，所述测量模块底座上安装有与拉力传感部件对应的定滑轮组部件，所述测量模块底座上还安装有拉绳传感器底座，拉绳传感器底座上安装有拉绳传感器，所述导轨上导向安装有用于带动拉绳传感器的拉绳末端运行的拉绳牵引部件。

所述的拉力传感部件包括有拉力传感器，所述拉力传感器通过拉力传感器支架固定安装在测量模块底座的上方，所述拉力传感器的底端固定安装有滑轮套件；所述的定滑轮组部件包括有部件底座，所述部件底座固定安装在测量模块底座上，所述部件底座上安装有两间隔设置的定定滑轮套件一和定滑轮套件二，所述定滑轮套件一和定滑轮套件二分别包括有滑轮支架，所述滑轮支架上分别安装有滑轮，所述定滑轮套件一的滑轮支架的底端通过定制转轴转动安装在部件底座上，所述定滑轮套件二的滑轮支架的底端通过支撑座安装在部件底座上；所述拉绳牵引部件包括有与导轨导向配合的滑块，所述滑块上安装有掐头卡盘和拉绳卡盘，所述掐头卡盘通过对应位置钢丝绳上的钢丝绳掐头带动，所述拉绳卡盘带动拉绳传感器的拉绳末端使其运动。

所述的水平滑轮模块包括有左水平滑轮模块和右水平滑轮模块，其结构完全相同，分别包括有水平滑轮模块底座，所述水平滑轮模块底座上分别安装有水平直线模组，所述水平直线模组的移动滑块上分别安装有水平滑轮部件。

所述的水平直线模组包括有水平导轨，所述水平导轨的上方架设有传动丝杆，所述传动丝杆的两端通过支撑座支撑架设，所述传动丝杆上安装有与其配合的移动滑块，所述的水平滑轮部件包括有水平滑轮支架，所述水平滑轮支架上安装左右铰链销轴，所述铰链销轴上安装有定位套筒，所述定位套筒上转动安装有水平滑轮。

所述的垂直滑轮模块包括有垂直滑轮模块底座，所述垂直滑轮模块底座上安装有一竖直设置的铝型材框架，所述铝型材框架上安装有垂直直线模组，所述垂直直线模组的移动滑块上安装有与其滑动配合的垂直滑轮部件。

所述的铝型材框架的底端部通过角铁组件固定安装在垂直滑轮模块底座上，所述垂直直线模组包括有垂直丝杆，垂直丝杆的两端通过固定支板固定安装在铝型材框架上，所述铝型材框架上还铺设有与垂直丝杆并列的导轨，所述导轨通过直线模组连接固定安装在铝型材框架上，所述垂直丝杆上安装有与其配合的移动滑块；所述垂直滑轮部件包括有与移动滑块固定连接的垂直滑轮支架，所述移动滑块上通过销轴安装有定位套筒，所述定位套筒上转动安装有垂直滑轮。

所述的柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)待测钢丝绳一端由驱动端驱动模块中的压板固定在卷筒上，另一端从卷筒下方出线，依次经过测量模块中的定滑轮套件一、滑轮套件、定滑轮套件二以及左水平滑轮模块中的水平滑轮及垂直滑轮模块中的垂直滑轮及右水平滑轮模块中的水平滑轮及右测量模块中的定滑轮套件二、滑轮套件、定滑轮套件一，最终进入负载端驱动模块且末端由压板固定，此时钢丝绳安装完毕；

(2)打开装置电源，根据实验需求调整水平滑轮与垂直滑轮位置，模拟预期钢丝绳与滑轮之间的包角；

(3)启动装置负载端驱动模块的力矩电机，产生模拟负载力，使待测钢丝绳张紧，其大小可根据实验情况自行设定；

(4)通过“PC-控制器-驱动器-力矩电机”设置力矩电机工作模式，使两台力矩电机在给定的时间周期内完成一次对拉循环，具体来说在一个循环周期T内，前1/2T时间，驱动端驱动模块的力矩电机产生顺时针驱动力矩，负载端驱动模块的力矩电机产生逆时针负载力矩，由于驱动力矩大于负载力矩，卷筒顺时针旋转，钢丝绳向左端运动；后1/2T时间，负载端驱动模块的力矩电机产生逆时针驱动力矩，驱动端驱动模块的力矩电机产生顺时针负载力矩，由于驱动力矩大于负载力矩，卷筒逆时针旋转，钢丝绳向右端运动，对拉时的驱动力与模拟负载力可根据实验需求自行设定；

(5)根据实验需求设定对拉循环的次数，并启动测量模块拉力传感器部件中的拉力传感器与拉绳牵引部件中的拉绳传感器记录数据，开始实验；

(6)完成给定循环次数后，实验结束，取下钢丝绳；

(7)根据传感器所得到的拉力/位移数据分析钢丝绳在给定循环下的性能及性能变化趋势；同时也可观察钢丝绳与滑轮接触点过渡处表面磨损情况，给出钢丝绳性能优劣判断。

采用本发明对使用在柔索驱动康复机器人中的钢丝绳进行力学性能的检测，同时也可以分析钢丝绳与滑轮不同包角对钢丝绳性能的影响，其可以检测直径范围在0.25mm-2mm左右钢丝绳性能，装置整体由不同模块组成，整体安装空间长度需要约2米、宽度1米、高度1米，本装置可安装在大理石平台或者铝型材底座等一些带有安装孔的平面。

本发明的优点是：

1、本发明采用模块化设计，各个模块结构紧凑、拆装方便，可根据需要安装在不同的平台上。

2、本发明利用力矩电机模拟钢丝绳末端负载，使负载变得更加灵活可控，且省去了手动装配负载的不便，极大提升了试验效率。

3、本发明采用了伺服电机直线模组来控制中间定滑轮的位置，使得钢丝绳与滑轮的包角可以得到控制，可用来模拟不同情境下对钢丝绳性能的检测。

4、本发明采用拉绳传感器配合钢丝绳掐头卡盘，直接测量钢丝绳在测试中的位移量，既避免了间接测量所带来的误差也降低直接测量的成本。

5、本发明测量模块中定滑轮支架采用了转动轴设计，解决了钢丝绳从卷筒中出线时方向不一致的问题。

6、本发明采取了力矩电机对拉式设计，工作时，同一个力矩电机在前半个拉伸周期内担任负载(或驱动)，后半个拉伸周期内担任驱动(或负载)，一个拉伸周期完成一次往复对拉。

附图说明：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是力矩电机模块的结构示意图；

图3为图2的局部结构放大图；

图4是测量模块的结构示意图；

图5是拉力传感器部件的结构示意图；

图6是拉绳牵引部件的结构示意图；

图7是定滑轮组部件的结构示意图；

图8为图7中的局部结构爆炸图。

图9是水平滑轮模块的结构示意图；

图10是水平滑轮部件的结构示意图；

图11是垂直滑轮模块的结构示意图；

图12是垂直滑轮部件的结构示意图；

图13是绳性能测试方法流程图。

图中附图标记如下：

图1：1、左力矩电机模块；2、左测量模块；3、左水平滑轮模块；4、垂直滑轮模块；5、右水平滑轮模块；6、右测量模块；7、右力矩电机模块；8、钢丝绳；

图2-3：1001、力矩电机；1002、电机支架；1003、右侧轴承支架；1004、滚筒；1005、左侧轴承支架；1006、压板；1007、模块底座；1008、动轴承；1009、联轴器；1010、滚动轴承；1011、轴承盖；1012、旋转增量编码器；

图4：2001、铝型材框架；2002、拉力传感部件；2003、定滑轮组部件；2004、短角铁；2005、长角铁；2006、测量模块底座；2007、拉绳传感器底座；2008、拉绳传感器；2009、拉绳牵引部件；2010、导轨；2011、导轨底座；

图5：2101、拉力传感器支架；2102、拉力传感器；2103、滑轮套件；2104、上螺钉；2105、下螺母；

图6：2201、钢丝绳掐头；2202、掐头卡盘；2203、拉绳末端；2204、拉绳卡盘；2205、滑块；

图7-8：2301、滑轮套件一；2302、紧固螺钉；2303、轴承盖；2304、定制转轴；2305、紧固螺母；2306、滚动轴承；2307、部件底座；2308、滑轮套件二；

图9：3001、滑轮部件；3002、直线模组连接块；3003、水平滑轮模块底座；3004、水平直线模组；

图10：3101、紧固螺母；3102、水平滑轮支架；3103、水平滑轮；3104、定位套筒；3105、铰链销轴；

图11：4001、垂直直线模组；4002、垂直滑轮部件；4003、长角铁；4004、垂直滑轮模块底座；4005、短角铁；4006、直线模组连接块；4007、铝型材框架；

图12：4101、端盖；4102、直型芯；4103、垂直滑轮；4104、垂直滑轮支架；4105、定位套筒。

具体实施方式：

结合图1，一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置由左力矩电机模块1、左测量模块2、左水平滑轮模块3、垂直滑轮模块4、右水平滑轮模块5、右测量模块6、右力矩电机模块7、待测钢丝绳8以及机电控制系统部分组成。试验台各个模块可以通过模块底部预留的安装孔安装在大理石平面或者铝合金型材底座上。

进一步说，左力矩电机模块1与右力矩电机模块7结构完全相同，两者关于垂直滑轮模块4呈镜像分布；左测量模块2与右测量模块6结构完全相同，两者关于垂直滑轮模块4呈镜像分布；左水平滑轮模块3与右水平滑轮模块5结构完全相同，两者关于垂直滑轮模块4呈镜像分布。其中左力矩电机模块1的作用是给钢丝绳8产生驱动拉力(前半个拉伸周期内)；左测量模块2与右测量模块6的作用是通过模块中的传感器测量钢丝绳的拉力与位移；左水平滑轮模块3与右水平滑轮模块5以及垂直滑轮模块4的作用是通过改变滑轮的水平位置以及垂直位置来改变钢丝绳与滑轮之间的包角；右力矩电机模块7的作用是给钢丝绳8产生模拟负载阻力(前半个拉伸周期内)。

结合图2、3，左力矩电机模块1与右力矩电机模块7结构相同，都是由力矩电机1001、电机支架1002、联轴器1009、右侧轴承支架1003、滚动轴承1008、滚筒1004、压板1006、左侧轴承支架1005、滚动轴承1010、轴承盖1011、旋转增量编码器1012以及力矩电机模块底座1007构成。

进一步说，对于驱动端左力矩电机模块1来说，首先钢丝绳缠绕在滚筒1004上，钢丝绳一端由压板1006压紧，钢丝绳另一端从滚筒上方进入左测量模块2；对于负载端右力矩电机模块7来说，钢丝绳由右测量模块6出线，钢丝绳末端由滚筒下方进入滚筒，并由负载端滚筒上压板1006压紧。力矩电机1001转动产生扭矩，通过联轴器1009带动滚筒1004旋转，使钢丝绳产生拉力(或负载)，同时旋转增量编码器1012产生记录数据。

结合图4、5、6、7，左测量模块2与右测量模块6结构相同，都是由铝型材框架2001、拉力传感部件2002、定滑轮组部件2003、短角铁2004、长角铁2005、测量模块底座2006、拉绳传感器底座2007、拉绳传感器2008、拉绳牵引部件2009、导轨2010、导轨底座2011构成。左测量模块2与右测量模块6的作用是通过模块中的传感器测量钢丝绳的拉力与位移。

进一步详细的说，对于左测量模块2来说，钢丝绳由左力矩电机模块1出线，依次绕过滑轮套件一2301下方、滑轮套件2103上方、滑轮套件二2308下方后再进入左水平滑轮模块3；对于右测量模块6来说，钢丝绳由右水平滑轮模块5出线，依次绕过滑轮套件二2308下方、滑轮套件2103上方、滑轮套件一2301下方后再进入右力矩电机模块7。当钢丝绳受到拉力运动时，滑轮套件2103受到钢丝绳拉力作用，会产生向下拉力，滑轮套件2103与拉力传感器2102依靠紧固上螺钉2104和下螺母2105连接，且拉力传感器通过拉力传感器支架2101安装在铝型材框架上端，所以拉力传感器2102会受到相同的拉力，此时左测量模块2与右测量模块6中拉力传感器产生读数。另一方面，当钢丝绳运动时带动钢丝绳掐头2201一起向上(或向下)运动，同时掐头卡盘2202会随之运动。由于掐头卡盘2202、滑块2205、拉绳卡盘2204由螺钉安装在一起，为一个紧固整体，所以三者同时随钢丝绳掐头2201在导轨2010上运动，其中拉绳卡盘2204带动拉绳末端2203运动，使得左测量模块2与右测量模块6上拉绳传感器2008产生读数。整个过程中，由于钢丝绳从滚筒处出线(或收线)方向不断发生改变，滑轮套件一2301绕定制转轴2304不断转动调整角度以适应出线(或收线)方向的改变。

滑轮套件一2301通过紧固螺件2302安装在轴承盖2303上，轴承盖2303安装在定制转轴2304上，定制转轴2304通过滚动轴承2306转动安装在部件底座上2307上，且定制转轴的底端通过紧固螺母2305锁紧固定。

结合图8、9，左水平滑轮模块3与右水平滑轮模块5结构完全相同，都是由水平滑轮部件3001、直线模组连接块3002、水平滑轮模块底座3003、水平直线模组3004构成。左水平滑轮模块3与右水平滑轮模块5的作用是改变定滑轮在水平方向上的位置。

进一步详细的来说，对于左水平滑轮模块3来说，钢丝绳由左测量模块2出线，从下方绕过定滑轮部件3001后进入垂直滑轮模块4；对于右水平滑轮模块5来说，钢丝绳由垂直滑轮模块4出线，从下方绕过定滑轮部件3001后进入右测量模块6。试验时，可根据需要通过控制水平直线模组3004中的伺服电机改变模组中滑块的位置，由于水平滑轮支架3102通过螺钉安装在模组滑块上，水平滑轮支架3102的中部通过铰链销轴3105和定位套筒3104安装有水平滑轮3103，且铰链销轴3105的另一端通过紧固螺母锁紧固定，所以定滑轮部件3001整体会随滑块在水平位置上运动，以达到改变钢丝绳与滑轮之间包角的目的。

结合图10、11，垂直滑轮模块4是由垂直直线模组4001、垂直滑轮部件4002、长角铁4003、垂直滑轮模块底座4004、短角铁4005、直线模组连接块4006、铝型材框架4007构成。垂直滑轮模块4的作用是改变定滑轮在垂直方向上的位置。

进一步详细的说，钢丝绳由左水平滑轮模块3出线，从上方绕过垂直滑轮4103后再进入右水平滑轮模块，所述垂直滑轮4103通过垂直滑轮支架4104安装在滑块上，所述垂直滑轮4103与垂直滑轮支架4104之间通过直型芯4102和定位套筒4105连接固定，且通过端盖4101固定。试验时，可根据需要通过控制垂直直线模组4001中的伺服电机改变模组中滑块的位置，由于垂直滑轮支架4104通过螺钉安装在模组滑块上，所以垂直滑轮部件4002整体会随滑块在垂直位置上运动，以达到改变钢丝绳与滑轮之间包角的目的。

结合图1至图13，对本发明功能进行总体说明。本发明由左力矩电机模块1、左测量模块2、左水平滑轮模块3、垂直滑轮模块4、右水平滑轮模块5、右测量模块6、右力矩电机模块7、钢丝绳8以及机电控制系统部分组成。

使用上述一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置，方法步骤如下：

(1)待测钢丝绳一端由左力矩电机模块1中压板固定在滚筒1004上，另一端从滚筒下方出线，依次经过左测量模块2中的滑轮套件一2301、滑轮套件2103、滑轮套件二2308及左水平滑轮模块中的水平滑轮3104及垂直滑轮模块4中的垂直滑轮4103及右水平滑轮模块5中的水平滑轮3104及右测量模块6中的滑轮套件二2308、滑轮套件2103、滑轮套件一2301，最终进入右力矩电机模块7且末端由压板固定。此时，钢丝绳安装完毕。

(2)打开装置电源，根据实验需求调整水平定滑轮与垂直定滑轮位置，模拟预期钢丝绳与滑轮之间的包角。

(3)启动装置右端力矩电机，产生模拟负载力，使待测钢丝绳张紧，其大小可根据实验情况自行设定。

(4)通过“PC-控制器-驱动器-力矩电机”设置力矩电机工作模式。使两台力矩电机在给定的时间周期内完成一次对拉循环。具体来说在一个循环周期T内，前1/2T时间，左端力矩电机产生顺时针驱动力矩，右端力矩电机产生逆时针负载力矩，由于驱动力矩大于负载力矩，滚筒顺时针旋转，钢丝绳向左端运动；后1/2T时间，右端力矩电机产生逆时针驱动力矩，左端力矩电机产生顺时针负载力矩，由于驱动力矩大于负载力矩，滚筒逆时针旋转，钢丝绳向右端运动。对拉时的驱动力与模拟负载力可根据实验需求自行设定。

(5)根据实验需求设定对拉循环的次数，并启动拉力传感器与拉绳传感器记录数据，开始实验。

(6)完成给定循环次数后，实验结束，取下钢丝绳。

(7)根据传感器所得到的拉力/位移数据分析钢丝绳在给定循环下的性能及性能变化趋势。同时也可观察钢丝绳与滑轮接触点过渡处表面磨损情况，给出钢丝绳性能优劣判断。

本发明创新性的利用力矩电机模拟负载并采用对拉式工作模式；改进了钢丝绳拉绳传感器的测量方法；提出定滑轮转动支架设计方法，解决了钢丝绳从滚筒中出线时方向不一致的问题；并且将整体机构模块化，使得拆装、维修更加便利，此外，本发明还给出了一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试方法。总的来说，开创了小直径钢丝绳性能测试装置的新前景。

Claims (7)

1.一种柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置，其特征在于：包括有模拟柔索驱动康复机器人用钢丝绳牵引方向的垂直滑轮模块（4）和水平滑轮模块，用于测量钢丝绳的拉力与位移的测量模块，用于给钢丝绳拉伸的模拟驱动拉力和负载阻力的驱动模块，所述垂直滑轮模块（4）为一个且位于中部，所述水平滑轮模块包括有结构完全相同的左水平滑轮模块（3）和右水平滑轮模块（5），所述测量模块和驱动模块均为两个，两所述测量模块和驱动模块分别位于垂直滑轮模块的两侧且呈镜像对称，待测钢丝绳（8）从驱动侧依次穿过驱动模块、测量模块、左水平滑轮模块、垂直滑轮模块至负载侧的右水平滑轮模块、测量模块、驱动模块，所述测量模块上安装有用于检测钢丝绳拉力的拉力传感器部件以及检测钢丝绳位移的拉绳传感器部件，通过垂直滑轮模块（4）以及两侧的水平滑轮模块的配合改变滑轮的水平位置以及垂直位置来改变钢丝绳与滑轮之间的包角，结合传感器部件的检测结果用于钢丝绳与滑轮不同包角对钢丝绳性能的影响分析；

所述的测量模块包括有左测量模块（2）和右测量模块（6），其结构完全相同，分别包括有测量模块底座（2006），所述测量模块底座（2006）上安装有一竖直的导轨底座（2011），所述导轨底座（2011）上铺设有导轨（2010），所述导轨（2010）一侧的导轨底座（2011）的上方安装有拉力传感部件（2002），所述测量模块底座（2006）上安装有与拉力传感部件（2002）对应的定滑轮组部件（2003），所述测量模块底座（2006）上还安装有拉绳传感器底座（2007），拉绳传感器底座（2007）上安装有拉绳传感器（2008），所述导轨（2010）上导向安装有用于带动拉绳传感器的拉绳末端运行的拉绳牵引部件（2009）；

所述的拉力传感部件（2002）包括有拉力传感器（2102），所述拉力传感器（2102）通过拉力传感器支架（2101）固定安装在测量模块底座（2006）的上方，所述拉力传感器（2102）的底端固定安装有滑轮套件（2103）；所述的定滑轮组部件（2003）包括有部件底座（2307），所述部件底座（2307）固定安装在测量模块底座（2006）上，所述部件底座（2307）上安装有两间隔设置的定滑轮套件一（2301）和定滑轮套件二（2308），所述定滑轮套件一（2301）和定滑轮套件二（2308）分别包括有滑轮支架，所述滑轮支架上分别安装有滑轮，所述定滑轮套件一（2301）的滑轮支架的底端通过定制转轴（2304）转动安装在部件底座（2307）上，所述定滑轮套件二（2308）的滑轮支架的底端通过支撑座安装在部件底座（2307）上；所述拉绳牵引部件（2009）包括有与导轨（2010）导向配合的滑块（2205），所述滑块（2205）上安装有掐头卡盘（2202）和拉绳卡盘（2204），所述掐头卡盘（2202）通过对应位置钢丝绳上的钢丝绳掐头（2201）带动，所述拉绳卡盘（2204）带动拉绳传感器（2008）的拉绳末端（2203）使其运动。

2.根据权利要求1所述的柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置，其特征在于：所述的驱动模块包括有左力矩电机模块（1）和右力矩电机模块（7），其结构完全相同，分别包括有电机模块底座（1007），所述电机模块底座（1007）的一端通过电机支架（1002）安装有力矩电机（1001），所述力矩电机（1001）的输出轴端通过联轴器（1009）安装有用于固定钢丝绳的滚筒（1004），所述滚筒（1004）的两端通过轴承支架架设在电机模块底座（1007）上，且滚筒（1004）与轴承支架之间分别通过滚动轴承转动安装，其外侧的滚动轴承端部安装有旋转增量编码器（1012），所述滚筒（1004）上分别安装有用于压紧钢丝绳的压板（1006）。

3.根据权利要求1所述的柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置，其特征在于：所述的水平滑轮模块分别包括有水平滑轮模块底座（3003），所述水平滑轮模块底座（3003）上分别安装有水平直线模组（3004），所述水平直线模组（3004）的移动滑块上分别安装有水平滑轮部件（3001）。

4.根据权利要求3所述的柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置，其特征在于：所述的水平直线模组（3004）包括有水平导轨，所述水平导轨的上方架设有传动丝杆，所述传动丝杆的两端通过支撑座支撑架设，所述传动丝杆上安装有与其配合的移动滑块，所述的水平滑轮部件（3001）包括有水平滑轮支架（3102），所述水平滑轮支架（3102）上安装铰链销轴，所述铰链销轴上安装有定位套筒，所述定位套筒上转动安装有水平滑轮。

5.根据权利要求1所述的柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置，其特征在于：所述的垂直滑轮模块（4）包括有垂直滑轮模块底座（4004），所述垂直滑轮模块底座（4004）上安装有一竖直设置的铝型材框架（4007），所述铝型材框架（4007）上安装有垂直直线模组（4001），所述垂直直线模组（4001）的移动滑块上安装有与其滑动配合的垂直滑轮部件（4002）。

6.根据权利要求5所述的柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置，其特征在于：所述的铝型材框架（4007）的底端部通过角铁组件固定安装在垂直滑轮模块底座（4004）上，所述垂直直线模组（4001）包括有垂直丝杆，垂直丝杆的两端通过固定支板固定安装在铝型材框架（4007）上，所述铝型材框架（4007）上还铺设有与垂直丝杆并列的导轨，所述导轨通过直线模组连接固定安装在铝型材框架上，所述垂直丝杆上安装有与其配合的移动滑块；所述垂直滑轮部件包括有与移动滑块固定连接的垂直滑轮支架，所述移动滑块上通过销轴安装有定位套筒，所述定位套筒上转动安装有垂直滑轮。

7.根据权利要求1所述的柔索驱动康复机器人用钢丝绳性能测试装置的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）待测钢丝绳一端由驱动端驱动模块中的压板固定在卷筒上，另一端从卷筒下方出线，依次经过测量模块中的定滑轮套件一、滑轮套件、定滑轮套件二以及左水平滑轮模块中的水平滑轮及垂直滑轮模块中的垂直滑轮及右水平滑轮模块中的水平滑轮及右测量模块中的定滑轮套件二、滑轮套件、定滑轮套件一，最终进入负载端驱动模块且末端由压板固定，此时钢丝绳安装完毕；

（2）打开装置电源，根据实验需求调整水平滑轮与垂直滑轮位置，模拟预期钢丝绳与滑轮之间的包角；

（3）启动装置负载端驱动模块的力矩电机，产生模拟负载力，使待测钢丝绳张紧，其大小可根据实验情况自行设定；

（4）通过“PC-控制器-驱动器-力矩电机”设置力矩电机工作模式，使两台力矩电机在给定的时间周期内完成一次对拉循环，具体来说在一个循环周期T内，前1/2T时间，驱动端驱动模块的力矩电机产生顺时针驱动力矩，负载端驱动模块的力矩电机产生逆时针负载力矩，由于驱动力矩大于负载力矩，卷筒顺时针旋转，钢丝绳向左端运动；后1/2T时间，负载端驱动模块的力矩电机产生逆时针驱动力矩，驱动端驱动模块的力矩电机产生顺时针负载力矩，由于驱动力矩大于负载力矩，卷筒逆时针旋转，钢丝绳向右端运动，对拉时的驱动力与模拟负载力可根据实验需求自行设定；

（5）根据实验需求设定对拉循环的次数，并启动测量模块拉力传感器部件中的拉力传感器与拉绳牵引部件中的拉绳传感器记录数据，开始实验；

（6）完成给定循环次数后，实验结束，取下钢丝绳；

（7）根据传感器所得到的拉力/位移数据分析钢丝绳在给定循环下的性能及性能变化趋势；同时也可观察钢丝绳与滑轮接触点过渡处表面磨损情况，给出钢丝绳性能优劣判断。

Images