CN112697607A - 一种气动人工肌肉静态特性的驱动系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气动人工肌肉静态特性的驱动系统及其检测方法，属于气动人工肌肉测试技术领域，气动人工肌肉静态特性的驱动系统包括检测模块、处理模块和执行模块，检测模块能够实时接收气动人工肌肉弯曲时的弯曲角度信号和当下的拉力信号，或者在人工气动肌肉被拉伸时的拉力信号；处理模块能够对检测数据进行处理；执行模块控制人工气动肌肉进行充气、弯曲或者拉伸。这种气动人工肌肉静态特性的驱动系统既能对气动人工肌肉进行拉伸特性测试，又能对气动人工肌肉进行弯曲特性测试，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的拉伸性能和弯曲性能测试，从而获得气动人工肌肉更加全面的和完整的数据信息。

Description

一种气动人工肌肉静态特性的驱动系统及其检测方法

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的驱动系统及其检测方法。

背景技术

现有的气动人工肌肉特性测试装置一般只能对气动人工肌肉的弯曲特性或者拉绳特性进行测试，在进行另一侧特性测试时，需要对气动人工肌肉进行重新安装，操作繁琐，且可能导致气动人工肌肉安装位置的差异性，导致数据不准确。

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的驱动系统及其检测方法，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的驱动系统，包括：

检测模块，所述检测模块能够实时接收在气动人工肌肉弯曲时的弯曲角度信号和当下的拉力信号，或者在人工气动肌肉被拉伸时的拉力信号；

处理模块，所述处理模块与所述检测模块电连接，能够对检测数据进行处理；根据气动人工肌肉的气压、角度和力矩，采用控制变量法观察三者之间的关系，或者根据气动人工肌肉的气压、位移和所承受的力，采用控制变量法观察三者之间的关系；

执行模块，所述执行模块与所述处理模块电连接，所述执行模块控制人工气动肌肉进行充气、弯曲或者拉伸；所述检测模块检测并记录气动人工肌肉的气压、角度和力矩中的一者发生变化而一者为定量时，另一者的数值变化，或者检测并记录气动人工肌肉的气压、位移和力中的一者发生变化而一者为定量时，另一者的数值变化。

在本实施例的一些实施方式中：所述检测模块包括两个拉力检测元件，分别用于检测当气动人工肌肉被拉伸时所产生的拉力，以及当气动人工肌肉被弯曲时其产生的力矩，其中，气动人工肌肉被弯曲时所产生的力矩可以通过拉力检测元件检测到的力与力臂进行计算。

在本实施例的一些实施方式中：所述处理模块包括单片机或 PLC。

基于上述的目的，本发明还公开了一种气动人工肌肉静态特性检测方法，用于控制气动人工肌肉静态特性测试装置对气动人工肌肉的特性进行检测，包括如下步骤：

S100：将气动人工肌肉的气压、角度和力矩中的一者设置为定量，或者将气动人工肌肉的气压、位移和力中的一者设置为定量；

步骤S200：将气动人工肌肉的气压、角度和力矩中的一者设置为变量，或者将气动人工肌肉的气压、位移和力中的一者设置为变量；

步骤S300：检测并记录另一者的变化。

在本实施例的一些实施方式中：所述气动人工肌肉静态特性测试装置包括：

箱体；

固定支撑板，所述固定支撑板安装于所述箱体；

转动结构，所述转动结构包括第一从动齿轮、转盘和转动支撑板，所述第一从动齿轮与所述转盘连接，所述转盘与所述箱体转动连接，所述转动支撑板安装于所述转盘，所述气动人工肌肉的第一端安装于所述转动支撑板；

滑动结构，所述滑动结构包括第二从动齿轮、连接杆、滑动杆和移动支撑板，所述连接杆安装于所述第二从动齿轮，所述连接杆背离所述第二从动齿轮的一端与所述滑动杆滑动连接，且所述连接杆与所述滑动杆转动连接，所述滑动杆与所述箱体滑动连接，所述滑动杆的移动方向与所述转盘的转动平面平行，所述移动支撑板安装于所述滑动杆，所述气动人工肌肉的第二端安装于所述移动支撑板；

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；

旋转编码器，所述旋转编码器安装于所述固定支撑板与所述转动支撑板之间；

第一拉力传感器，所述第一拉力传感器安装于所述转盘与所述转动支撑板之间；

第二拉力传感器，所述第二拉力传感器安装于所述气动人工肌肉与所述移动支撑板之间；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：所述连接杆和所述滑动杆之间设置有中间件，所述中间件的第一端安装于所述连接杆，所述中间件与所述连接杆转动连接，所述中间件的第二端安装于所述滑动杆，所述中间件与所述滑动杆滑动连接，所述中间件的滑动方向与所述滑动杆的滑动方向垂直，且所述中间件的滑动方向与所述转盘的转动平面平行。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：

通过上述的气动人工肌肉静态特性的驱动系统，既能对气动人工肌肉进行拉伸特性测试，又能对气动人工肌肉进行弯曲特性测试，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的拉伸性能和弯曲性能测试，从而获得气动人工肌肉更加全面的和完整的数据信息。

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箱体的俯视图；

图3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4示出了本发明实施例公开的转动结构的示意图；

图5示出了本发明实施例公开的滑动结构的示意图；

图6示出了本发明实施例公开的滑动结构的俯视图；

图7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8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9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10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11示出了本发明实施例公开的图10的局部放大图；

图12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-圆孔；120-条形孔；130-控制槽；140-滑槽；150- 连接孔；200-固定支撑板；300-转动结构；310-第一从动齿轮；320- 转盘；330-转动支撑板；400-滑动结构；410-第二从动齿轮；420- 连接杆；430-滑动杆；440-移动支撑板；450-中间件；500-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：

本发明实施例公开了一种气动人工肌肉静态特性的驱动系统，包括：

检测模块，所述检测模块能够实时接收在气动人工肌肉800弯曲时的弯曲角度信号和当下的拉力信号，或者在人工气动肌肉800被拉伸时的拉力信号；

处理模块，所述处理模块与所述检测模块电连接，能够对检测数据进行处理；根据气动人工肌肉800的气压、角度和力矩，采用控制变量法观察三者之间的关系，或者根据气动人工肌肉800的气压、位移和所承受的力，采用控制变量法观察三者之间的关系；

执行模块，所述执行模块与所述处理模块电连接，所述执行模块控制人工气动肌肉800进行充气、弯曲或者拉伸；所述检测模块检测并记录气动人工肌肉800的气压、角度和力矩中的一者发生变化而一者为定量时，另一者的数值变化，或者检测并记录气动人工肌肉800 的气压、位移和力中的一者发生变化而一者为定量时，另一者的数值变化。

所述检测模块包括两个拉力检测元件，分别用于检测当气动人工肌肉800被拉伸时所产生的拉力，以及当气动人工肌肉800被弯曲时其产生的力矩，其中，气动人工肌肉800被弯曲时所产生的力矩可以通过拉力检测元件检测到的力与力臂进行计算。

其中，所述处理模块包括单片机或PLC。

通过上述的气动人工肌肉静态特性的驱动系统，既能对气动人工肌肉800进行拉伸特性测试，又能对气动人工肌肉800进行弯曲特性测试，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的拉伸性能和弯曲性能测试，从而获得气动人工肌肉 800更加全面的和完整的数据信息。

本发明实施例还公开了一种气动人工肌肉静态特性检测方法，用于控制气动人工肌肉静态特性测试装置对气动人工肌肉的特性进行检测，包括如下步骤：

S100：将气动人工肌肉800的气压、角度和力矩中的一者设置为定量，或者将气动人工肌肉800的气压、位移和力中的一者设置为定量；

步骤S200：将气动人工肌肉800的气压、角度和力矩中的一者设置为变量，或者将气动人工肌肉800的气压、位移和力中的一者设置为变量；

步骤S300：检测并记录另一者的变化。

上述方法可以通过气动人工肌肉静态特性的驱动系统来实现。本发明公开的气动人工肌肉静态特性检测方法既能对气动人工肌肉 800进行拉伸特性测试，又能对气动人工肌肉800进行弯曲特性测试，在安装时，将气动人工肌肉800安装于转动支撑板330和移动支撑板 440之间，只需操控控制结构900，即可对气动人工肌肉800的拉伸性能和弯曲性能中的一种性能进行测试，在进行拉伸性能测试时，先调节转动支撑板330的位置，令第一拉力传感器600的数值显示为零，此时气动人工肌肉800与固定支撑板200相平行，之后在控制滑动支撑板对气动人工肌肉800进行控制时，气动人工肌肉800不会与固定支撑板200和转动支撑板330发生碰撞；在进行弯曲性能测试时，先调节移动支撑板440，令第二拉力传感器700的竖直为零，此时气动人工肌肉800的初始拉力值为零，之后在控制转动支撑板330对气动人工肌肉800进行控制时，其测量数据更加的准确，这种气动人工肌肉静态特性综合测试系统结构简单，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的拉伸性能和弯曲性能测试。

为了具体说明上述方法和系统的应用场景，本实施例对电动踏板装置进行详细描述。需要说明的是，本实施例中的电动踏板装置100 仅仅为举例说明，并不代表上述方法和系统只能用于上述电动踏板装置100；对于脚踏板的下降高度能够调节的电动踏板，上述方法和系统均适用，故均在本发明的保护范围之内。

参阅图1至图12，本发明实施例公开的气动人工肌肉静态特性测试装置包括箱体100、固定支撑板200、转动结构300、滑动结构 400、控制结构900、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110和条形孔120，条形孔120的延伸方向经过圆孔110的圆心，固定支撑板200安装在箱体 100顶部，且固定支撑板200可以设置在圆孔110和条形孔120之间，支撑板背离条形孔120的一端可以延伸至接近圆孔110的圆心；

转动结构300可以包括第一从动齿轮310、转盘320和转动支撑板330，第一从动齿轮310与转盘320连接，转盘320与箱体100转动连接，且转盘320位于圆孔110内，转盘320与圆孔110同轴设置，转动支撑板330安装于转盘320，转动支撑板330可以随转盘320一起转动，转动支撑板330和固定支撑板200可以是沿该转盘320的圆心对称设置，旋转编码器500的一端与转动支撑板330朝向固定支撑板200的一侧连接，旋转编码器500的另一端与固定支撑板200朝向转动支撑板330的一侧连接，旋转编码器500可以是位于转盘320 的轴心线延长线上，进一步地，在本实施例中，可以在转动支撑板 330和固定支撑板200之间设置连接件，令转动支撑板330与固定支撑板200之间形成转动连接，而旋转编码器500则可以安装于转动支撑板330和固定支撑板200之间的转动轴上，测试过程中，转动支撑板330绕固定支撑板200转动的角度信息通过安装在其中心处的旋转编码器500获得；第一拉力传感器600安装于转盘320和转动支撑板 330之间，用于测量当转盘320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转动支撑板330和转盘320之间的作用力，气动人工肌肉800的第一端安装于转动支撑板330，气动人工肌肉800 的剩余部分可以靠在固定支撑板200上，当转盘320带动转动支撑板 330转动时，第一拉力传感器600测得的力即为气动人工肌肉800提供的力，该力乘以力臂就可以得到气动人工肌肉800提供的力矩；

滑动结构400可以包括第二从动齿轮410、连接杆420、滑动杆 430和移动支撑板440，连接杆420安装于第二从动齿轮410，连接杆420背离第二从动齿轮410的一端与滑动杆430滑动连接，连接杆 420相对于滑动杆430转动的方向与转盘320的转动平面垂直，且连接杆420与滑动杆430转动连接，连接杆420相对于滑动杆430的滑动方向与转盘320的转动平面平行，滑动杆430与箱体100滑动连接，滑动杆430的移动方向与转盘320的转动平面平行，在连接杆420 随着第二从动齿轮410转动时，连接杆420背离第二从动齿轮410 的一端会沿滑动杆430的长度方向在滑动杆430上移动，由于第二从动齿轮410的位置是固定不变的，因此，在第二从动齿轮410转动的过程中滑动杆430会循环的朝向第二从动齿轮410的圆心靠近或者远离，移动支撑板440安装于滑动杆430，其移动支撑板440沿条形孔 120伸出箱体100，且在滑动杆430移动时，会带动移动支撑板440 在条形孔120内滑动第二拉力传感器700可以安装在移动支撑板440 朝向固定支撑板200的一侧，气动人工肌肉800的第二端通过第二拉力传感器700与移动支撑板440形成连接，当移动支撑板440沿条形孔120远离固定支撑板200时，气动人工肌肉800所承受的拉力增大，当移动支撑板440沿条形孔120靠近固定支撑板200时，气动人工肌肉800所承受的拉力减小，第二拉力传感器700测得的力即为气动人工肌肉800承受的拉力；

控制结构900用于控制转动结构300和滑动结构400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310和第二从动齿轮410的连接线的延伸方向滑动，主动齿轮910与第一从动齿轮310和第二从动齿轮410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310和第二从动齿轮 410中的一者进行啮合，当主动齿轮910与第一从动齿轮310啮合时，主动齿轮910转动，可以带动第一从动齿轮310转动，进而带动转盘 320以及转动支撑板330转动，此时可以对气动人工肌肉800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410 啮合时，主动齿轮910转动，可以带动第二从动齿轮410转动，进而带动滑动杆430和移动支撑板440滑动，此时可以对气动人工肌肉 800的拉力与拉伸程度的关系进行测定。

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310可以设置为斜齿轮，第二从动齿轮410也可以设置为斜齿轮，这样主动齿轮 910与第一从动齿轮310和第二从动齿轮410配合起来更加的方便。

本实施例公开的气动人工肌肉静态特性综合测试系统既能对气动人工肌肉800进行拉伸特性测试，又能对气动人工肌肉800进行弯曲特性测试，在安装时，将气动人工肌肉800安装于转动支撑板330 和移动支撑板440之间，只需操控控制结构900，即可对气动人工肌肉800的拉伸性能和弯曲性能中的一种性能进行测试，在进行拉伸性能测试时，先调节转动支撑板330的位置，令第一拉力传感器600 的数值显示为零，此时气动人工肌肉800与固定支撑板200相平行，之后在控制滑动支撑板对气动人工肌肉800进行控制时，气动人工肌肉800不会与固定支撑板200和转动支撑板330发生碰撞；在进行弯曲性能测试时，先调节移动支撑板440，令第二拉力传感器700的竖直为零，此时气动人工肌肉800的初始拉力值为零，之后在控制转动支撑板330对气动人工肌肉800进行控制时，其测量数据更加的准确，这种气动人工肌肉静态特性综合测试系统结构简单，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的拉伸性能和弯曲性能测试。

其中，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，电气比例阀根据旋转编码器500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130，两个控制槽130通过连接孔150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150的直径，限位条930的长度与控制槽130 的直径相等，当限位条930在其中一个控制槽130内转动时，主动齿轮910与第一从动齿轮310或者第二从动齿轮410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130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130进入另一个控制槽130，从而保证第一从动齿轮310和第二从动齿轮410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310或者第二从动齿轮410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140，滑槽140与连接孔150连通，且滑槽140的延伸方向与两个控制槽130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140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150。

当连接孔150被封闭时，控制杆920无法从一个控制槽130进入另一个控制槽130内，当连接孔150被打开时，控制杆920才能从一个控制槽130进入另一个控制槽130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130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130的直径相等。这样可以令该弧面与控制槽130的侧壁形成契合，限位条930在控制槽130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310或者第二从动齿轮410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310或者第二从动齿轮410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310和第二从动齿轮410 中的一者啮合时，固定条940与第一从动齿轮310和第二从动齿轮 410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410啮合时，固定条940也恰好与第一从动齿轮310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 310和第二从动齿轮410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310和第二从动齿轮410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310和第二从动齿轮410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150时，辅助固定条990朝向第一从动齿轮310以及第二从动齿轮410靠近，且两个第二卡齿分别与第一从动齿轮310 以及第二从动齿轮410啮合。

本实施例公开的气动人工肌肉静态特性综合测试系统是这样控制的：

以初始时主动齿轮910与第一从动齿轮310啮合为例进行说明，当主动齿轮910与第一从动齿轮310啮合时，固定条940上的第二卡齿与第二从动齿轮410啮合，令第二从动齿轮410无法转动，也就保证了在对气动人工肌肉800进行弯曲特性进行测试时，移动支撑板440的位置始终不会改变；

当气动人工肌肉800的弯曲特性测试完毕后，需要进行拉伸特性测试时，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150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310和第二从动齿轮410靠近，当限位块970完全离开连接孔150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310和第二从动齿轮410啮合，以此保证在控制杆920移动时，第一从动齿轮310和第二从动齿轮410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310和转盘320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310和第二从动齿轮410靠近的过程中，由主动齿轮910来限制第一从动齿轮310的位置，由固定条940来限制第二从动齿轮410的位置；

当连接孔150完全被打开后，控制杆920可以从一个控制槽130 进入另一个控制槽130内，从而令主动齿轮910与第二从动齿轮410 啮合，在此过程中，第一从动齿轮310和第二从动齿轮410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410靠近的过程中，固定条940离开第二从动齿轮410的范围，其另一端朝向第一从动齿轮310靠近，当主动齿轮910与第二从动齿轮410形成啮合后，固定条940也刚好与第一从动齿轮310形成啮合，第一从动齿轮310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150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310和第二从动齿轮410的方向移动，当限位块970完全进入连接孔150后，辅助限位条930离开第一从动齿轮310和第二从动齿轮410的范围，此时第一从动齿轮310 和第二从动齿轮410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130的侧壁契合，控制杆920在转动时，由控制槽130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310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，在连接杆420和滑动杆430之间可以设置一个中间件450，中间件450第一端的横截面设置为圆形，中间件450第二端的横截面设置为矩形，中间件450的第一端安装于连接杆420，中间件450与连接杆420转动连接，中间件450的第二端安装于滑动杆430，中间件450与滑动杆430滑动连接，中间件450 的滑动方向与滑动杆430的滑动方向垂直，且中间件450的滑动方向与转盘320的转动平面平行。

参阅图，当连接杆420随第二从动齿轮410逆时针转动时，中间件450朝向左上方移动，此时中间件450在相对于连接杆420转动的过程中，朝向滑动杆430的上方滑动，并带动滑动杆430朝向左侧移动。

在本实施例中，滑动杆430的一端可以伸出箱体100或者以其他方式被外界观察，然后在箱体100对应的位置设置刻度，以此来观察并确认滑动杆430与移动支撑板440的移动距离。

以下是对所述气动人工肌肉静态特性综合测试系统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，控制转动支撑板330连续转动，转动的角度信息通过旋转编码器500反馈给控制采集板。当达到待测角度时转动支撑板330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转动支撑板330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，控制采集板控制转动支撑板 330向力矩减小的方向转动，旋转编码器500实时采集角度信息。

以下是对所述气动人工肌肉静态特性综合测试系统实现气动人工肌肉静态拉伸特性测试具体过程的阐述：

(1)气压恒定，测量位移和力之间的关系。

首先通过气压调节装置调节气动人工肌肉800内部的气压到 -5KPa，以保证气压调节的初始值，气动人工肌肉800的长度通过移动支撑板440的移动来进行控制减小，直到气动人工肌肉800到达初始位置，此过程中利用串口输出测试模块的气压、力、位移值，并利用上位机图形显示界面实时的保存绘图显示，然后利用气压调节模块将气动人工肌肉800内部气压调至-7KPa，重复上述操作，气压调节的梯度是-2KPa。而后循环调节气压直到气压达到-100KPa的负压，即可得到各个气压条件下，位移和力的关系。

(2)位移恒定，测量气压和力之间的关系。

首先调节移动支撑板440，将启动人工肌肉拉伸至指定长度，然后利用气压调节模块按照-2KPa的调节精度从0到-100KPa改变气动人工肌肉800内部的气压，同时串口输出测量的力、气压以及位移的值并通过上位机实时保存绘图。然后调节移动支撑板440向前行进5mm，重复上述操作。即可得到各个位移条件下，气压和力的关系。

(3)力恒定，测量气压和位移之间的关系。

首先调节移动支撑板440使第二压力控制器的输出的负载显示为0.5N，以-2KPa的精度调节气动人工肌肉800内部的气压，调节到一个固定的气压下，保持气压恒定，在气压调节完成后，第二压力控制器输出显示的力会有上升，此时为了保持输出的负载仍然为0.5N，利用移动支撑板440带动气动人工肌肉800产生位移，直到第二压力控制器输出显示再次为0.5N，此时记录移动支撑板440产生的位移和气压的值。完成以后继续调节气压，重复上述操作，直到气压调至 -100KPa，这就完成了0.5N负载下，气压和位移的关系测量，然后调节移动支撑板440使第二压力控制器的输出的负载显示为1N，重复上述操作，直到第二压力控制器的输出的负载显示值被调节到预实验中的最大负载。即可完成实验，得到各个负载条件下，气压和位移的关系。

上述的气动人工肌肉静态特性测试装置的整个工作过程均能够通过上述控制系统自动完成，因此，本发明中的气动人工肌肉静态特性的驱动系统的自动化程度比较高。

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的驱动系统，其特征在于，包括：

检测模块，所述检测模块能够实时接收在气动人工肌肉弯曲时的弯曲角度信号和当下的拉力信号，或者在人工气动肌肉被拉伸时的拉力信号；

处理模块，所述处理模块与所述检测模块电连接，能够对检测数据进行处理；根据气动人工肌肉的气压、角度和力矩，采用控制变量法观察三者之间的关系，或者根据气动人工肌肉的气压、位移和所承受的力，采用控制变量法观察三者之间的关系；

执行模块，所述执行模块与所述处理模块电连接，所述执行模块控制人工气动肌肉进行充气、弯曲或者拉伸；所述检测模块检测并记录气动人工肌肉的气压、角度和力矩中的一者发生变化而一者为定量时，另一者的数值变化，或者检测并记录气动人工肌肉的气压、位移和力中的一者发生变化而一者为定量时，另一者的数值变化。

2.根据权利要求1所述的气动人工肌肉静态特性的驱动系统，其特征在于，所述检测模块包括两个拉力检测元件，分别用于检测当气动人工肌肉被拉伸时所产生的拉力，以及当气动人工肌肉被弯曲时其产生的力矩，其中，气动人工肌肉被弯曲时所产生的力矩可以通过拉力检测元件检测到的力与力臂进行计算。

3.根据权利要求2所述的气动人工肌肉静态特性的驱动系统，其特征在于，所述处理模块包括单片机或PLC。

4.一种气动人工肌肉静态特性检测方法，用于控制气动人工肌肉静态特性测试装置对气动人工肌肉的特性进行检测，其特征在于，包括如下步骤：

S100：将气动人工肌肉的气压、角度和力矩中的一者设置为定量，或者将气动人工肌肉的气压、位移和力中的一者设置为定量；

步骤S200：将气动人工肌肉的气压、角度和力矩中的一者设置为变量，或者将气动人工肌肉的气压、位移和力中的一者设置为变量；

步骤S300：检测并记录另一者的变化。

5.根据权利要求4所述的气动人工肌肉静态特性检测方法，其特征在于，所述气动人工肌肉静态特性测试装置包括：

箱体；

固定支撑板，所述固定支撑板安装于所述箱体；

转动结构，所述转动结构包括第一从动齿轮、转盘和转动支撑板，所述第一从动齿轮与所述转盘连接，所述转盘与所述箱体转动连接，所述转动支撑板安装于所述转盘，所述气动人工肌肉的第一端安装于所述转动支撑板；

滑动结构，所述滑动结构包括第二从动齿轮、连接杆、滑动杆和移动支撑板，所述连接杆安装于所述第二从动齿轮，所述连接杆背离所述第二从动齿轮的一端与所述滑动杆滑动连接，且所述连接杆与所述滑动杆转动连接，所述滑动杆与所述箱体滑动连接，所述滑动杆的移动方向与所述转盘的转动平面平行，所述移动支撑板安装于所述滑动杆，所述气动人工肌肉的第二端安装于所述移动支撑板；

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；

旋转编码器，所述旋转编码器安装于所述固定支撑板与所述转动支撑板之间；

第一拉力传感器，所述第一拉力传感器安装于所述转盘与所述转动支撑板之间；

第二拉力传感器，所述第二拉力传感器安装于所述气动人工肌肉与所述移动支撑板之间；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。

6.根据权利要求5所述的气动人工肌肉静态特性检测方法，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。

7.根据权利要求6所述的气动人工肌肉静态特性检测方法，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。

8.根据权利要求7所述的气动人工肌肉静态特性检测方法，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。

9.根据权利要求8所述的气动人工肌肉静态特性检测方法，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。

10.根据权利要求5所述的气动人工肌肉静态特性检测方法，其特征在于，所述连接杆和所述滑动杆之间设置有中间件，所述中间件的第一端安装于所述连接杆，所述中间件与所述连接杆转动连接，所述中间件的第二端安装于所述滑动杆，所述中间件与所述滑动杆滑动连接，所述中间件的滑动方向与所述滑动杆的滑动方向垂直，且所述中间件的滑动方向与所述转盘的转动平面平行。

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