CN112683691A - 一种气动人工肌肉静态特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气动人工肌肉静态特性测试装置，属于气动人工肌肉测试技术领域，包括箱体、固定支撑板、第一转动结构、第二转动结构、控制结构、第一旋转编码器、第二旋转编码器、第一拉力传感器、第二拉力传感器以及用于给气动人工肌肉充气的气动模块，第一旋转编码器安装于固定支撑板和第一转动结构之间，第二旋转编码器安装于第二转动结构与第一转动结构之间。本发明公开的气动人工肌肉静态特性测试装置能够对气动人工肌肉在不同弯曲处的弯曲特性进行测试，结构简单，操作方便，只需对气动人工肌肉安装一次，即可完成对气动人工肌肉在不同弯曲处的弯曲性能测试，使其测量的数据更加准确，在气动人工肌肉被使用时，且测量数据更具可参考性。

Description

一种气动人工肌肉静态特性测试装置

技术领域

本发明涉及气动人工肌肉测试技术领域，具体而言，涉及一种气动人工肌肉静态特性测试装置。

背景技术

气动人工肌肉是一种柔性驱动器，具有重量轻、柔性强、无污染、制作工艺简单等优点。近年来，随着可穿戴设备和仿生机器人技术的发展，设备穿戴的简易轻便性，仿生机器人的控制柔顺性越来越成为科研人员所关注的重点。对于不同的使用场合，气动人工肌肉的类型也不相同，常见的有弯曲性气动人工肌肉和直线型气动人工肌肉，由于较高的线性度以及较强的佩戴适应性，直线型气动人工肌肉在各个领域都得到了广泛的应用。

现有的气动人工肌肉特性测试装置只能对气动人工肌肉进行一次弯曲特性测试，但是在实际使用过程中，气动人工肌肉在使用时可能具有两处可弯曲部分(例如上肢的肘关节与腕关节，下肢的膝关节与踝关节)，这就导致其测量的局限性，在气动人工肌肉的实际使用中，其测量出的数据可能适用性较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是公开一种气动人工肌肉静态特性测试装置，以改善上述的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于上述的目的，本发明公开了一种气动人工肌肉静态特性测试装置，用于测试气动人工肌肉的性能，包括：

箱体；

固定支撑板，所述固定支撑板安装于所述箱体，所述气动人工肌肉的第一端安装于所述固定支撑板；

第一转动结构，所述第一转动结构包括第一从动齿轮、第一转盘和第一转动支撑板，所述第一从动齿轮与所述第一转盘连接，所述第一转盘与所述箱体转动连接，所述第一转动支撑板安装于所述第一转盘；

第二转动结构，所述第二转动结构包括第二从动齿轮、驱动齿轮、第二转盘、第二转动支撑板、连接杆和第三从动齿轮，所述驱动齿轮与所述第二从动齿轮同步转动，所述第三从动齿轮安装于所述连接杆的一端，且所述第三从动齿轮与所述驱动齿轮啮合，所述第二转盘安装于所述连接杆的另一端，且所述连接杆与所述第一转盘转动连接，所述第二转动支撑板安装于所述第二转盘，所述第一转动支撑板位于所述第二转动支撑板与所述固定支撑板之间，所述气动人工肌肉的第二端安装于所述第二转动支撑板；

控制结构，所述控制结构包括主动齿轮和控制杆，所述控制杆与所述箱体滑动连接，所述控制杆沿所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮的连接线的延伸方向滑动，所述主动齿轮择一与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮中的一者啮合；

第一旋转编码器，所述第一旋转编码器安装于所述固定支撑板与所述第一转动支撑板之间；

第二旋转编码器，所述第二旋转编码器安装于所述第二转动支撑板与所述第一转动支撑板之间；

第一拉力传感器，所述第一拉力传感器安装于所述第一转盘与所述第一转动支撑板之间；

第二拉力传感器，所述第二拉力传感器安装于所述第二转盘与所述第一转动支撑件之间；以及

气动模块，所述气动模块用于给所述气动人工肌肉充气。

在本实施例的一些实施方式中：所述箱体上设置有两个控制槽，两个所述控制槽通过连接孔连通，所述控制结构还包括限位条，所述限位条安装于所述控制杆，所述限位条的直径小于或者等于所述连接孔的直径，所述限位条的长度与所述控制槽的直径相等，当所述限位条在其中一个所述控制槽内转动时，所述主动齿轮与所述第一从动齿轮或者所述第二从动齿轮啮合。

在本实施例的一些实施方式中：所述箱体上还设置有滑槽，所述滑槽与所述连接孔连通，且所述滑槽的延伸方向与两个所述控制槽的连接线方向垂直，所述控制结构还包括旋扭和限位块，所述限位块与所述箱体滑动连接，且所述限位块卡接于所述滑槽内，所述限位块上设置有齿条，所述旋扭与所述箱体转动连接，且所述旋扭上设置有与所述齿条配合的齿轮，旋转所述旋扭能够令所述限位块进入或者离开所述连接孔。

在本实施例的一些实施方式中：所述限位块与两个所述控制槽对应的两侧分别设置有弧面，所述弧面对应的直径与所述控制槽的直径相等。

在本实施例的一些实施方式中：所述控制结构还包括固定条，所述固定条与所述箱体滑动连接，所述固定条的滑动方向与所述控制杆的滑动方向平行，所述固定条的两端分别设置有第一卡齿，所述第一卡齿能够与所述第一从动齿轮或者所述第二从动齿轮啮合，所述固定条与所述控制杆连接，且所述固定条的移动方向与所述控制杆的移动方向相反，当所述主动齿轮与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮中的一者啮合时，所述固定条与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮中的另一者啮合。

在本实施例的一些实施方式中：所述箱体上设置有杠杆，所述杠杆与所述箱体转动连接，所述杠杆的一端与所述控制杆转动连接，所述杠杆的另一端与所述固定条转动连接。

在本实施例的一些实施方式中：所述控制结构还包括辅助固定条，所述辅助固定条与所述箱体滑动连接，所述辅助固定条的滑动方向与所述控制杆的滑动方向垂直，所述辅助固定条的两端分别设置有第二卡齿，两个所述第二卡齿能够分别与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮啮合，所述辅助固定条与所述旋扭螺纹连接，当所述旋扭控制所述限位块离开所述连接孔时，所述辅助固定条朝向所述第一从动齿轮以及所述第二从动齿轮靠近，且两个所述第二卡齿分别与所述第一从动齿轮以及所述第二从动齿轮啮合。

在本实施例的一些实施方式中：所述第一转盘上设置有通孔，所述连接杆的第二端贯穿所述通孔，所述第二转盘安装于所述连接杆伸出所述第一转盘的部分。

在本实施例的一些实施方式中：所述第二转动支撑板的长度小于或者等于所述第一转动支撑板的长度，所述第二转盘内切于所述第一转盘。

在本实施例的一些实施方式中：所述第一转动支撑板与所述第二转动支撑板沿所述连接杆的轴心线对称设置。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：

本发明公开的气动人工肌肉静态特性测试装置能够对气动人工肌肉在不同弯曲处的弯曲特性进行测试，在安装时，将气动人工肌肉安装于第二转动支撑板和固定支撑板之间，只需操控控制结构，即可对在不同弯曲处的弯曲特性进行测试，在进行气动人工肌肉第一弯曲处的弯曲性能测试时，先调节气动模块，令第一拉力传感器和第二拉力传感器的数值均显示为零，此时气动人工肌肉与固定支撑板、第一转动支撑板以及第二转动支撑板均平行，之后在控制第一从动齿轮转动时，第一转动支撑板与第二转动支撑板同步转动，利用第一拉力传感器可以测量计算得出此时气动人工肌肉提供的力矩；在进行气动人工肌肉第一弯曲处的弯曲性能测试时，控制第二从动齿轮转动，此时第二转动支撑板相对于第二转动支撑板转动，利用第二拉力传感器可以测量计算得出此时气动人工肌肉提供的力矩，这种气动人工肌肉静态特性测试装置结构简单，操作方便，只需对气动人工肌肉安装一次，即可完成对气动人工肌肉在不同弯曲处的弯曲性能测试，使其测量的数据更加准确，在气动人工肌肉被使用时，且测量数据更具可参考性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例公开的气动人工肌肉静态特性测试装置的俯视图；

图2示出了本发明实施例公开的气动人工肌肉静态特性测试装置的主视剖视图；

图3示出了本发明实施例公开的第一转动结构的示意图；

图4示出了本发明实施例公开的第二转动结构的示意图；

图5示出了本发明实施例公开的控制结构在第一视角的示意图；；

图6示出了本发明实施例公开的控制结构在第二视角杠杆处的剖视图；

图7示出了本发明实施例公开的控制结构在第二视角限位条处的剖视图；

图8示出了本发明实施例公开的气动人工肌肉静态特性测试装置在箱体处的主视剖视图；

图9示出了本发明实施例公开的图8的局部放大图；

图10示出了本发明实施例公开的限位块位于第二位置时的示意图。

图中：

100-箱体；110-固定支撑板；120-控制槽；130-滑槽；140-连接孔；200-第一转动结构；210-第一从动齿轮；220-第一转盘；221-通孔；230-第一转动支撑板；300-第二转动结构；310-第二从动齿轮；320-驱动齿轮；330-第二转盘；340-第二转动支撑板；350-连接杆；360-第三从动齿轮；400-第一旋转编码器；500-第二旋转编码器；600-第一拉力传感器；700-第二拉力传感器；800-气动人工肌肉；900-控制结构；910-主动齿轮；920-控制杆；930-限位条；940-固定条；950-杠杆；960-轴承；970-限位块；980-旋扭；990-辅助固定条。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中公开的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例：

参阅图1至图10，本发明实施例公开了一种气动人工肌肉静态特性测试装置，其包括箱体100、固定支撑板110、第一转动结构200、第二转动结构300、控制结构900、第一旋转编码器400、第二旋转编码器500、第一拉力传感器600、第二拉力传感器700以及用于给气动人工肌肉800充气的气动模块。

箱体100可以设置为半封闭结构，以对其中的部件形成一定的保护和支撑，在箱体100的顶部可以设置圆孔，固定支撑板110安装在箱体100顶部，固定支撑板110的延伸方向可以经过该圆孔的圆心，且支撑板的一端可以延伸至接近圆孔的圆心的位置；

第一转动结构200可以包括第一从动齿轮210、第一转盘220和第一转动支撑板230，第一从动齿轮210与第一转盘220连接，第一转盘220与箱体100转动连接，且第一转盘220位于圆孔内，第一转盘220与圆孔同轴设置，第一转动支撑板230安装于第一转盘220，第一转动支撑板230可以随第一转盘220一起转动，第一转动支撑板230和固定支撑板110可以是沿该第一转盘220的圆心对称设置，第一旋转编码器400的一端与第一转动支撑板230朝向固定支撑板110的一侧连接，第一旋转编码器400的另一端与固定支撑板110朝向第一转动支撑板230的一侧连接，第一旋转编码器400可以是位于第一转盘220的轴心线延长线上，进一步地，在本实施例中，可以在第一转动支撑板230和固定支撑板110之间设置第一连接件，令第一转动支撑板230与固定支撑板110之间形成转动连接，而第一旋转编码器400则可以安装于第一转动支撑板230和固定支撑板110之间的转动轴上，测试过程中，第一转动支撑板230绕固定支撑板110转动的角度信息通过安装在其中心处的第一旋转编码器400获得；第一拉力传感器600安装于第一转盘220和第一转动支撑板230之间，用于测量当第一转盘220转过一定的角度后，气动人工肌肉800变形后的恢复趋势施加在第一转动支撑板230和第一转盘220之间的作用力，气动人工肌肉800的第一端安装于固定支撑板110，气动人工肌肉800的剩余部分可以靠在第一转动支撑板230上，当第一转盘220带动第一转动支撑板230转动时，第一拉力传感器600测得的力即为气动人工肌肉800完成第一步动作所提供的力，该力乘以力臂(第一拉力传感器600与第一转盘220的轴心线之间的距离)就可以得到气动人工肌肉800提供的力矩；

第二转动结构300可以包括第二从动齿轮310、驱动齿轮320、第二转盘330、第二转动支撑板340、连接杆350和第三从动齿轮360，驱动齿轮320与第二从动齿轮310可以通过键连接等方式连接在一起，以使驱动齿轮320与第二从动齿轮310可以同步转动，在安装时，令驱动齿轮320与第二从动齿轮310同轴设置，第三从动齿轮360可以安装到连接杆350的第一端，第三从动齿轮360与驱动齿轮320啮合，在驱动齿轮320随第二从动齿轮310转动时，驱动齿轮320能够带动第三从动齿轮360以及连接杆350转动，连接杆350与第一转盘220之间可以是转动连接，即连接杆350能够相对于第一转盘220转动，同时，在第一转盘220转动时，第一转动能够带动连接杆350绕着驱动齿轮320转动，第二转盘330可以安装在连接杆350的第二端，且第二转盘330随着连接杆350同步转动，第二转动支撑板340安装在第二转盘330上，第二转动能够带动第二转动支撑板340相对于第一转动支撑板230转动，第一转动支撑板230的一部分位于第二转盘330的上方；第二转动编码器可以是安装在第一转动支撑板230和第二转动支撑板340之间，且第二编码器位于连接杆350的轴心线延长线上，进一步地，在本实施例中，可以在第一转动支撑板230和第二转动支撑板340之间设置第二连接件，令第一转动支撑板230与第二转动支撑板340之间形成转动连接，而第二旋转编码器500则可以安装于第一转动支撑板230和第二转动支撑板340之间的转动轴上，测试过程中，第二转动支撑板340绕第一转动支撑板230转动的角度信息通过安装在其中心处的第二旋转编码器500获得；第二拉力传感器700安装于第二转动支撑板340与第二转盘330之间，用于测量当第二转盘330相对于第一转盘220转过一定的角度后，气动人工肌肉800变形后的恢复趋势施加在第二转动支撑板340和第二转盘330之间的作用力，气动人工肌肉800的第二端安装于第二转动支撑板340，当第二转盘330带动第二转动支撑板340相对于第一转动支撑板230转动时，第二拉力传感器700测得的力即为气动人工肌肉800完成第二步动作所提供的力，该力乘以力臂(第二拉力传感器700与第二转盘330的轴心线之间的距离)就可以得到气动人工肌肉800提供的力矩；

控制结构900用于控制第一转动结构200和滑动结构的运转，控制结构900可以包括主动齿轮910和控制杆920，控制杆920与箱体100之间为滑动连接，控制杆920沿第一从动齿轮210和第二从动齿轮310的连接线的延伸方向滑动，主动齿轮910与第一从动齿轮210和第二从动齿轮310均可以啮合，在控制杆920带动主动齿轮910移动时，主动齿轮910可以择一与第一从动齿轮210和第二从动齿轮310中的一者进行啮合，当主动齿轮910与第一从动齿轮210啮合时，主动齿轮910转动，可以带动第一从动齿轮210转动，进而带动第一转盘220以及第一转动支撑板230转动，此时可以对气动人工肌肉800的第一弯曲处的力矩与弯曲角度的关系进行测定，当主动齿轮910与第二从动齿轮310啮合时，主动齿轮910转动，可以带动第二从动齿轮310转动，进而带动连接杆350和第二转动支撑板340，此时可以对气动人工肌肉800的第二弯曲处的力矩与弯曲角度的关系进行测定。

在此过程中，当主动齿轮910与第一从动齿轮210啮合时，第二从动齿轮310保持不动，主动齿轮910转动时，第一转盘220转动，此时第一转动支撑板230相对于固定支撑板110的角度发生变化，而在第一转盘220转动时，带动连接杆350绕第二从动齿轮310转动，且此时在第三从动齿轮360和驱动齿轮320的配合下，第二转盘330与第二转动支撑板340也会发生自转，令第二转盘330相对于第一转盘220保持相对位置不变，以使第二转动支撑板340与第一转动支撑板230始终处于平行的状态，从而保证气动人工肌肉800的力矩与弯曲角度的关系第一部测定的准确性；在当主动齿轮910与第二从动齿轮310啮合时，第一从动齿轮210保持不动，主动齿轮910转动时，第二转盘330相对于第一转盘220发生转动，此时第二转动支撑板340与第一转动支撑板230产生倾角，此时可以测定当气动人工肌肉800在第一弯曲处角度一定时，气动人工肌肉800在第二弯曲处弯曲时对气动人工肌肉800在第二弯曲处的力矩与弯曲角度的关系变化以及对气动人工肌肉800在第一弯曲处的力矩与弯曲角度的关系的影响。

其中，主动齿轮910的转动通过手动控制或者利用电机带动都是可以的，在本实施例中，以手动控制为例进行说明，手动控制时，在获取多组数据时，其操作更加的简单方便。

且主动齿轮910可以设置为斜齿轮，第一从动齿轮210可以设置为斜齿轮，第二从动齿轮310也可以设置为斜齿轮，这样主动齿轮910与第一从动齿轮210和第二从动齿轮310配合起来更加的方便，而驱动齿轮320可以设置为直齿轮，且第三从动齿轮360也设置为直齿轮，这样安装起来更加的方便。

本实施例公开的气动人工肌肉静态特性测试装置能够对气动人工肌肉800在不同弯曲处的弯曲特性进行测试，在安装时，将气动人工肌肉800安装于第二转动支撑板340和固定支撑板110之间，只需操控控制结构900，即可对在不同弯曲处的弯曲特性进行测试，在进行气动人工肌肉800第一弯曲处的弯曲性能测试时，先调节气动模块，令第一拉力传感器600和第二拉力传感器700的数值均显示为零，此时气动人工肌肉800与固定支撑板110、第一转动支撑板230以及第二转动支撑板340均平行，之后在控制第一从动齿轮210转动时，第一转动支撑板230与第二转动支撑板340同步转动，利用第一拉力传感器600可以测量计算得出此时气动人工肌肉800提供的力矩；在进行气动人工肌肉800第一弯曲处的弯曲性能测试时，控制第二从动齿轮310转动，此时第二转动支撑板340相对于第二转动支撑板340转动，利用第二拉力传感器700可以测量计算得出此时气动人工肌肉800提供的力矩，这种气动人工肌肉静态特性测试装置结构简单，操作方便，只需对气动人工肌肉800安装一次，即可完成对气动人工肌肉800在不同弯曲处的弯曲性能测试，使其测量的数据更加准确，在气动人工肌肉800被使用时，且测量数据更具可参考性。

在进行具体测试时，可以单独对气动人工肌肉800的第一弯曲处或者气动人工肌肉800的第二弯曲处进行测试，在对气动人工肌肉800的第一弯曲处和第二弯曲处同时进行测试时，可以先对气动人工肌肉800的第一弯曲处进行测试，再对气动人工肌肉800的第二弯曲处进行测试，也可以先对气动人工肌肉800的第二弯曲处进行测试，再对气动人工肌肉800的第一弯曲处进行测试，无论先对气动人工肌肉800的哪一弯曲处进行测试，在第一转盘220转动时，第二转动支撑板340都会保持第二从动齿轮310停止时第二转动支撑板340与第一支撑板的相对角度。

气动模块可以是由空压机、气动三联件、电气比例阀组成。由于实验过程中需要对气动人工肌肉800进行充气和放气，所以选用空压机作为气源，以保证在长时间测试过程中具有充足的气体。空压机通过气管与气动三联件相连。气动三联件由空气过滤器、减压阀和油雾器组成，通过宽底座和宽竖板垂直地面安装。空气过滤器对空气进行净化过滤，以保证进入气动模块的空气清洁。减压阀对气源进行稳压，使出气口的压力减小，以达到电气比例阀进气口允许的气压范围内。根据气动人工肌肉800测试的需要，调节手动滚轮使减压阀出口气压减小，并且符合电气比例阀进气口的允许值。油雾器对整个气动模块的部件进行润滑，延长部件的使用寿命。气动三联件的出气口通过气管与电气比例阀的进气口相连。电气比例阀通过窄底座和窄竖板垂直地面安装。电气比例阀作为一种高精度气压调节装置，对进入其进气口的气压再次进行减压，然后输出恒定的输出气压。在测试过程中，电气比例阀根据第一旋转编码器400和拉力传感器采集到的数据实时调节气动人工肌肉800内部的气压值。通过调节电气比例阀输入信号的电压值可以精确控制出气口的气压值。

在本实施例的一些实施方式中，可以在箱体100上设置两个控制槽120，两个控制槽120通过连接孔140连通，控制结构900还可以包括限位条930，限位条930安装于控制杆920，限位条930的直径小于或者等于连接孔140的直径，限位条930的长度与控制槽120的直径相等，当限位条930在其中一个控制槽120内转动时，主动齿轮910与第一从动齿轮210或者第二从动齿轮310啮合。

当控制杆920的直径较大时，可以将限位条930设置为两个，两个限位条930沿控制杆920的轴心线对称设置，当控制杆920的直径较小时，可以直接令限位条930的中间位于与控制杆920进行连接。

在使用时，利用限位条930与控制槽120的侧壁接触，可以对控制杆920进行支撑，从而令控制杆920的转动更加的平稳，限位条930的设置，令控制杆920只能以特定的角度从一个控制槽120进入另一个控制槽120，从而保证第一从动齿轮210和第二从动齿轮310停留时，其被固定在一个特定的角度，当控制杆920带动主动齿轮910移动时，主动齿轮910可以直接和第一从动齿轮210或者第二从动齿轮310啮合，令操作更加的方便快捷。

进一步地，还可以在箱体100上还设置滑槽130，滑槽130与连接孔140连通，且滑槽130的延伸方向与两个控制槽120的连接线方向垂直，控制结构900还包括旋扭980和限位块970，限位块970与箱体100滑动连接，且限位块970卡接于滑槽130内，限位块970上设置有齿条，旋扭980与箱体100转动连接，且旋扭980上设置有与齿条配合的齿轮，旋转旋扭980能够令限位块970进入或者离开连接孔140。

当连接孔140被封闭时，控制杆920无法从一个控制槽120进入另一个控制槽120内，当连接孔140被打开时，控制杆920才能从一个控制槽120进入另一个控制槽120内，限位块970的设置可以避免控制杆920错误移动，从而保证气动人工肌肉800测试的稳定性。

其中，可以在限位块970与两个控制槽120对应的两侧分别设置弧面，且可以令该弧面所对应的直径与控制槽120的直径相等。这样可以令该弧面与控制槽120的侧壁形成契合，限位条930在控制槽120内转动时，限位块970也能对限位条930形成支撑和限位，且限位块970不会对限位条930的转动造成影响。

在本实施例的一些实施方式中，控制结构900还可以包括用于对第一从动齿轮210或者第二从动齿轮310进行限制的固定条940，固定条940与箱体100滑动连接，固定条940的滑动方向与控制杆920的滑动方向平行，固定条940的两端分别设置有第一卡齿，第一卡齿能够与第一从动齿轮210或者第二从动齿轮310啮合，固定条940与控制杆920连接，且固定条940的移动方向与控制杆920的移动方向相反，当主动齿轮910与第一从动齿轮210和第二从动齿轮310中的一者啮合时，固定条940与第一从动齿轮210和第二从动齿轮310中的另一者啮合。

其中，控制杆920与固定条940之间可以通过杠杆950连接，杠杆950与箱体100转动连接，杠杆950的一端与控制杆920转动连接，杠杆950的另一端与固定条940转动连接。当控制杆920向下移动时，在杠杆950的作用下，固定条940会向上移动，当控制杆920与第二从动齿轮310啮合时，固定条940也恰好与第一从动齿轮210啮合，在控制杆920向上移动时，其原理相同。当然，控制杆920与固定条940之间通过该杠杆950连接只是本实施例的一种实施方式，在其他的实施方式中，控制杆920和固定条940之间采用滑轮组或者拉绳等结构进行连接，从而保证固定条940与控制杆920的移动方向相反也是可以的。

由于控制杆920在工作时会一直转动，因此，可以在控制杆920上设置一个轴承960，杠杆950与轴承960形成转动连接，这样就不会对控制杆920的转动造成影响了，当然，在另一种情况下，将杠杆950的直径设置的较大，然后令杠杆950之间将轴承960包裹在内也是可以的。

在本实施例中，控制结构900还可以包括用于对第一从动齿轮210和第二从动齿轮310进行限制的辅助固定条990，辅助固定条990与箱体100滑动连接，辅助固定条990的滑动方向与控制杆920的滑动方向垂直，第一从动齿轮210和第二从动齿轮310均位于辅助固定条990的移动路径上，辅助固定条990的两端分别设置有第二卡齿，两个第二卡齿能够分别与第一从动齿轮210和第二从动齿轮310啮合，辅助固定条990与旋扭980螺纹连接，当旋扭980控制限位块970离开连接孔140时，辅助固定条990朝向第一从动齿轮210以及第二从动齿轮310靠近，且两个第二卡齿分别与第一从动齿轮210以及第二从动齿轮310啮合。

本实施例公开的气动人工肌肉静态特性测试装置是这样控制的：

以初始时主动齿轮910与第一从动齿轮210啮合为例进行说明，当主动齿轮910与第一从动齿轮210啮合时，固定条940上的第二卡齿与第二从动齿轮310啮合，令第二从动齿轮310无法转动，也就保证了在对气动人工肌肉800的第一弯曲处进行弯曲特性进行测试时，第二转动支撑板340始终与第一转动支撑板230保持平行；

当气动人工肌肉800的第一弯曲处的弯曲特性测试完毕后，需要进行气动人工肌肉800的第二弯曲处的弯曲特性测试时，首先正向扭动旋扭980，此时旋扭980带动限位块970离开连接孔140的范围，在此过程中，旋扭980还会带动辅助限位条930朝向第一从动齿轮210和第二从动齿轮310靠近，当限位块970完全离开连接孔140的范围后，辅助限位条930恰好移动至其两端的第二卡齿分别与第一从动齿轮210和第二从动齿轮310啮合，以此保证在控制杆920移动时，第一从动齿轮210和第二从动齿轮310都不会发生转动，从而让主动齿轮910在移动后能够顺利的与第二齿轮形成啮合，且在此过程中第一从动齿轮210和第一转盘220的位置不会发生改变，而在辅助限位条930朝向第一从动齿轮210和第二从动齿轮310靠近的过程中，由主动齿轮910来限制第一从动齿轮210的位置，由固定条940来限制第二从动齿轮310的位置；

当连接孔140完全被打开后，控制杆920可以从一个控制槽120进入另一个控制槽120内，从而令主动齿轮910与第二从动齿轮310啮合，在此过程中，第一从动齿轮210和第二从动齿轮310均由辅助限位条930来进行限制，在控制杆920带动主动齿轮910朝向第二从动齿轮310靠近的过程中，固定条940离开第二从动齿轮310的范围，其另一端朝向第一从动齿轮210靠近，当主动齿轮910与第二从动齿轮310形成啮合后，固定条940也刚好与第一从动齿轮210形成啮合，第一从动齿轮210受到固定条940的限制无法转动；

控制杆920位置调节完成后，反向扭动旋扭980，此时旋扭980带动限位块970进入连接孔140内，且此时旋扭980还会带动辅助限位条930朝向远离第一从动齿轮210和第二从动齿轮310的方向移动，当限位块970完全进入连接孔140后，辅助限位条930离开第一从动齿轮210和第二从动齿轮310的范围，此时第一从动齿轮210和第二从动齿轮310的转动不受辅助限位条930的影响，且此时限位块970上的弧面恰好与控制槽120的侧壁契合，控制杆920在转动时，由控制槽120的侧壁以及限位块970上的弧面对限位条930形成支撑，以保证控制杆920与主动齿轮910转动的稳定性，控制结构900的操作完成，当需要令主动齿轮910从新与第一从动齿轮210啮合时，重复上述的操作即可完成。

在本实施例的一些实施方式中，可以在第一转盘220上设置通孔221，连接杆350的第二端可以贯穿该通孔221，且第二转盘330被安装于连接杆350伸出第一转盘220的部分，在其他的实施例中，还可以令通孔221的大小与第二转盘330的大小相匹配，令第二转盘330与第一转盘220形成转动连接，这种设置方式也是可以的。

本实施例由于要对气动人工肌肉800的两个弯曲处进行测试，且根据人体结构，一般的两个弯曲位置是不对称的，因此可以令第二转动支撑板340的长度小于或者等于第一转动支撑板230的长度，而固定支撑板110的长度大于第一转动支撑板230的长度，需要说明的是，本实施例中所述的固定支撑板110的长度、第一传动支撑板的长度以及第二转动支撑板340的长度均指当固定支撑板110、第一转动支撑板230以及第二转动支撑板340平行设置时，他们在第一转盘220与第二转盘330的连接线上的延伸距离即为他们的长度。

第二转盘330在安装时可以是与第一转盘220形成内切，第二转盘330的直径小于第一转盘220的直径，因此可以令第二转盘330内切于第一转盘220，这样可以给第一转动支撑板230预留足够的安装空间。

且在安装时，可以令第一转动支撑板230和第二转动支撑板340沿第二转盘330的轴心线对称，相应的，也可以令第一转动支撑板230与固定支撑板110沿第一转盘220的轴线对称。

以下是对所述气动人工肌肉静态特性测试装置实现对气动人工肌肉静态弯曲性能测试具体过程的阐述：

(1)使气压恒定，测量角度和力矩之间的关系。

首先设定待测的气压值，空气在经过气动三联件减压后输入到电气比例阀中。电气比例阀具有自动调节气压的能力，将出口气压始终限定为设定值，从而控制人工肌肉气压为恒定值。然后，控制第一转动支撑板230连续转动，转动的角度信息通过第一旋转编码器400反馈给控制采集板。当达到待测角度时第一转动支撑板230停止运动，第一压力传感器采集此时的压力值，测得的压力乘以固定力臂的长度得到力矩值。随后测试过程重复上面的过程，直到待测角度到达最大测量值。

(2)使角度恒定，测量气压和力矩之间的关系。

首先设定人工肌肉待测的角度，通过编码器反馈的角度信息控制第一转动支撑板230转动到对应的角度。然后，控制采集板通过调节电气比例阀的设定气压，使气动人工肌肉800内部气压逐渐升高，并同时记录第一压力传感器采到的对应压力值。测得的压力值乘以力臂长度得到力矩值。

(3)使力矩恒定，测量气压和角度之间的关系。

由于气动人工肌肉800内部的气压只能连续增加，无法突变，所以提供的力矩也只能是连续变化。所以当气动人工肌肉800内部气压由零开始增加时，刚开始的过程中气动人工肌肉800无法提供设定的力矩值。当到达一定气压后气动人工肌肉800可以提供设定的力矩，随着气压的增加，为了保证力矩恒定，控制采集板控制第一转动支撑板230向力矩减小的方向转动，第一旋转编码器400实时采集角度信息。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气动人工肌肉静态特性测试装置，用于测试气动人工肌肉的性能，其特征在于，包括：

箱体；

固定支撑板，所述固定支撑板安装于所述箱体，所述气动人工肌肉的第一端安装于所述固定支撑板；

第一转动结构，所述第一转动结构包括第一从动齿轮、第一转盘和第一转动支撑板，所述第一从动齿轮与所述第一转盘连接，所述第一转盘与所述箱体转动连接，所述第一转动支撑板安装于所述第一转盘；

第二转动结构，所述第二转动结构包括第二从动齿轮、驱动齿轮、第二转盘、第二转动支撑板、连接杆和第三从动齿轮，所述驱动齿轮与所述第二从动齿轮同步转动，所述第三从动齿轮安装于所述连接杆的一端，且所述第三从动齿轮与所述驱动齿轮啮合，所述第二转盘安装于所述连接杆的另一端，且所述连接杆与所述第一转盘转动连接，所述第二转动支撑板安装于所述第二转盘，所述第一转动支撑板位于所述第二转动支撑板与所述固定支撑板之间，所述气动人工肌肉的第二端安装于所述第二转动支撑板；

控制结构，所述控制结构包括主动齿轮和控制杆，所述控制杆与所述箱体滑动连接，所述控制杆沿所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮的连接线的延伸方向滑动，所述主动齿轮择一与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮中的一者啮合；

第一旋转编码器，所述第一旋转编码器安装于所述固定支撑板与所述第一转动支撑板之间；

第二旋转编码器，所述第二旋转编码器安装于所述第二转动支撑板与所述第一转动支撑板之间；

第一拉力传感器，所述第一拉力传感器安装于所述第一转盘与所述第一转动支撑板之间；

第二拉力传感器，所述第二拉力传感器安装于所述第二转盘与所述第一转动支撑件之间；以及

气动模块，所述气动模块用于给所述气动人工肌肉充气。

2.根据权利要求1所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述箱体上设置有两个控制槽，两个所述控制槽通过连接孔连通，所述控制结构还包括限位条，所述限位条安装于所述控制杆，所述限位条的直径小于或者等于所述连接孔的直径，所述限位条的长度与所述控制槽的直径相等，当所述限位条在其中一个所述控制槽内转动时，所述主动齿轮与所述第一从动齿轮或者所述第二从动齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述箱体上还设置有滑槽，所述滑槽与所述连接孔连通，且所述滑槽的延伸方向与两个所述控制槽的连接线方向垂直，所述控制结构还包括旋扭和限位块，所述限位块与所述箱体滑动连接，且所述限位块卡接于所述滑槽内，所述限位块上设置有齿条，所述旋扭与所述箱体转动连接，且所述旋扭上设置有与所述齿条配合的齿轮，旋转所述旋扭能够令所述限位块进入或者离开所述连接孔。

4.根据权利要求3所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述限位块与两个所述控制槽对应的两侧分别设置有弧面，所述弧面对应的直径与所述控制槽的直径相等。

5.根据权利要求3所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述控制结构还包括固定条，所述固定条与所述箱体滑动连接，所述固定条的滑动方向与所述控制杆的滑动方向平行，所述固定条的两端分别设置有第一卡齿，所述第一卡齿能够与所述第一从动齿轮或者所述第二从动齿轮啮合，所述固定条与所述控制杆连接，且所述固定条的移动方向与所述控制杆的移动方向相反，当所述主动齿轮与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮中的一者啮合时，所述固定条与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮中的另一者啮合。

6.根据权利要求5所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述箱体上设置有杠杆，所述杠杆与所述箱体转动连接，所述杠杆的一端与所述控制杆转动连接，所述杠杆的另一端与所述固定条转动连接。

7.根据权利要求5所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述控制结构还包括辅助固定条，所述辅助固定条与所述箱体滑动连接，所述辅助固定条的滑动方向与所述控制杆的滑动方向垂直，所述辅助固定条的两端分别设置有第二卡齿，两个所述第二卡齿能够分别与所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮啮合，所述辅助固定条与所述旋扭螺纹连接，当所述旋扭控制所述限位块离开所述连接孔时，所述辅助固定条朝向所述第一从动齿轮以及所述第二从动齿轮靠近，且两个所述第二卡齿分别与所述第一从动齿轮以及所述第二从动齿轮啮合。

8.根据权利要求1所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述第一转盘上设置有通孔，所述连接杆的第二端贯穿所述通孔，所述第二转盘安装于所述连接杆伸出所述第一转盘的部分。

9.根据权利要求1所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述第二转动支撑板的长度小于或者等于所述第一转动支撑板的长度，所述第二转盘内切于所述第一转盘。

10.根据权利要求1所述的气动人工肌肉静态特性测试装置，其特征在于，所述第一转动支撑板与所述第二转动支撑板沿所述连接杆的轴心线对称设置。

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