CN116175648A - 一种力反馈机械臂移动阻力测试台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力反馈机械臂移动阻力测试台，包括支撑平台和机械臂组件，所述机械臂组件安装在支撑平台上，所述机械臂组件包括依次转动连接的机械臂底座、一轴、二轴和三轴；所述力反馈机械臂移动阻力测试台还包括如下任意一项：一轴测阻模块，所述一轴测阻模块用于测试一轴绕着机械臂底座转动时的移动阻力；二轴测阻模块，所述二轴测阻模块用于测试二轴绕着一轴转动时的移动阻力；三轴测阻模块，所述三轴测阻模块用于测试三轴绕着二轴转动时的移动阻力。本发明填补了力反馈机械臂移动阻力测试的空白，且能够在一套装置内对力反馈机械臂多个轴的移动阻力分别进行测试，加工成本低、拆装便利、测试速度快。

Description

一种力反馈机械臂移动阻力测试台

技术领域

本发明涉及测试装置技术领域，具体涉及一种力反馈机械臂移动阻力测试台。

背景技术

随着VR、AR等数字虚拟技术的快速发展，一种重要的力触觉人机交互设备-力反馈机械臂的应用场景也在不断拓宽，而力反馈机械臂的移动阻力参数是影响力触觉真实性和体验的重要指标，因此对该参数的测试显得尤为重要。由于力反馈机械臂在国内的应用范围还在发展阶段，目前并没有适用于力反馈机械臂移动阻力测试的方案。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种力反馈机械臂移动阻力测试台，能够在一套装置内对力反馈机械臂多个轴的移动阻力分别进行测试，加工成本低、拆装便利、测试速度快。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种力反馈机械臂移动阻力测试台，包括支撑平台和机械臂组件，所述机械臂组件安装在支撑平台上，所述机械臂组件包括依次转动连接的机械臂底座、一轴、二轴和三轴；所述力反馈机械臂移动阻力测试台还包括如下任意一项：

一轴测阻模块，所述一轴测阻模块用于测试一轴绕着机械臂底座转动时的移动阻力；

二轴测阻模块，所述二轴测阻模块用于测试二轴绕着一轴转动时的移动阻力；

三轴测阻模块，所述三轴测阻模块用于测试三轴绕着二轴转动时的移动阻力。

优选的，所述一轴测阻模块包括电机一、传动连接件一和力传感器，所述电机一安装在支撑平台上且轴心与一轴轴心重合，所述传动连接件一的一端与电机一连接，所述力传感器安装在传动连接件一的另一端，所述力传感器远离传动连接件一的一端与二轴连接。

优选的，所述传动连接件一包括转臂一和直杆一，所述转臂一一端与电机一传动连接，另一端与直杆一连接。

优选的，所述二轴测阻模块包括支架一、电机二、传动连接件二和力传感器组件一，所述电机二安装在支架一上且轴心与二轴轴心重合，所述传动连接件二的一端与电机二连接，所述力传感器组件一的一端与传动连接件二连接，所述力传感器组件一的另一端与二轴上的安装板连接。

优选的，所述传动连接件二包括转臂二和直杆二，所述转臂二一端与电机二传动连接，另一端与直杆二连接。

优选的，所述三轴测阻模块包括支架二、电机三、传动连接件三、力传感器组件二和固定机构，所述电机三安装在支架二上且轴心与三轴轴心重合，所述传动连接件三的一端与电机三连接，所述力传感器组件二的一端与传动连接件三连接，所述力传感器组件二的另一端与固定机构连接，所述固定机构用于固定三轴的末梢。

优选的，所述传动连接件三包括转臂三和直杆三，所述转臂三一端与电机三传动连接，另一端与直杆三连接。

优选的，所述三轴测阻模块还包括用于限制二轴转动的限位螺杆，所述限位螺杆一端与支架二连接，另一端与二轴连接。

优选的，所述固定机构包括两块固定块，所述固定块上设置有与机械臂组件的末梢配合的限位凹槽，两块固定块之间通过螺栓连接；所述固定块内部设置有与限位凹槽形状相适配的弧形气囊和与弧形气囊相适配连接的限位弧形板，所述弧形气囊内部充有气体；所述固定块内部还设置有活塞腔一，所述活塞腔一与弧形气囊连通，所述活塞腔一内设置有活塞一和弹簧一，所述弹簧一的一端与活塞一连接，另一端与活塞腔一的腔底连接，所述活塞腔一远离弹簧一的一端设置有活动孔，所述活动孔的一端与外界连通，所述固定块上设置有与活动孔配合推动活塞一在活塞腔一内运动力传感器挤压杆。

优选的，所述固定块内部还设置有活塞腔二、通气管和容纳腔，所述活塞腔二与弧形气囊连通，所述活塞腔二内设置有活塞二和弹簧二，所述弹簧二的一端与活塞二连接，另一端与活塞腔二的腔底连接，所述通气管一端与活塞腔二的侧壁连接，另一端与容纳腔连接；所述弧形气囊与三轴的末梢接触的端面为褶皱面。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明填补了力反馈机械臂移动阻力测试的空白，且能够在一套装置内对力反馈机械臂多个轴的移动阻力分别进行测试，加工成本低、拆装便利、测试速度快。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明安装一轴测阻模块的立体结构示意图；

图2是本发明安装二轴测阻模块的立体结构示意图；

图3是本发明安装三轴测阻模块的立体结构示意图；

图4是本发明固定机构的剖视图。

附图标注：1、一轴，2、机械臂底座，3、支撑平台，4、电机一，5、转臂一，6、直杆一，7、三轴，8、二轴，9、电机二，10、直杆二，11、支架一，12、安装板，13、力传感器，14、安装架，15、连接板，16、固定块，17、力传感器组件二，18、直杆三，19、转臂三，20、限位螺杆，21、电机三，22、支架二，23、弹簧二，24、活塞二，25、容纳腔，26、限位弧形板，27、弧形气囊，28、挤压杆，29、褶皱面，30、活塞腔二，31、活动孔，32、活塞腔一，33、活塞一，34、弹簧一，35、进气管，36、通气管，37、出气孔，38、转臂二。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

本发明的具体实施例如附图所示，一种力反馈机械臂移动阻力测试台，包括支撑平台3和机械臂组件，所述机械臂组件安装在支撑平台3上，所述机械臂组件包括依次转动连接的机械臂底座2、一轴1、二轴8和三轴7；所述力反馈机械臂移动阻力测试台还包括如下任意一项：

一轴测阻模块，所述一轴测阻模块用于测试一轴1绕着机械臂底座2转动时的移动阻力；

二轴测阻模块，所述二轴测阻模块用于测试二轴8绕着一轴1转动时的移动阻力；

三轴测阻模块，所述三轴测阻模块用于测试三轴7绕着二轴8转动时的移动阻力。

其中，具体的，如图1所示，所述一轴测阻模块包括电机一4、传动连接件一和力传感器一，所述电机一4安装在支撑平台3上且轴心与一轴1轴心重合，所述传动连接件一的一端与电机一4连接，所述力传感器一安装在传动连接件一的另一端，所述力传感器远离传动连接件一的一端与二轴8连接。更进一步的，所述传动连接件一包括转臂一5和直杆一6，所述转臂一5一端与电机一传动连接，另一端与直杆一6连接。

通过上述技术方案进行一轴阻力测试，具体测试过程：电机一以恒定速度转动，通过转臂一、直杆一、力传感器推动机械臂一轴旋转，通过力传感器读取转动过程中的实时数据；抵达一轴的最大旋转角度后，调整直杆角度，使力传感器与一轴的另一面接触，电机一反向转动带动一轴也反向转动；力传感器反馈的数据即为一轴正反转动时的移动阻力。

其中，具体的，如图2所示，所述二轴测阻模块包括支架一11、电机二9、传动连接件二和力传感器组件一，所述电机二9安装在支架一11上且轴心与二轴8轴心重合，所述传动连接件二的一端与电机二9连接，所述力传感器组件一的一端与传动连接件二连接，所述力传感器组件一的另一端与二轴8上的安装板12连接，更进一步的，所述传动连接件二包括转臂二38和直杆二10，所述转臂二38一端与电机二传动连接，另一端与直杆二10连接。

其中，需要说明的是，图2中，力传感器组件一包括安装架14、连接板15和两个力传感器13，其中，两个力传感器13设置在安装架的两侧，连接板设置在安装架的中间且与安装板连接。

通过上述技术方案进行二轴阻力测试，具体测试过程：与一轴测阻模块相同，由电机二通过转臂二、直杆二、力传感器组件一带动二轴以恒定速度转动，即可测得二轴正反旋转时的移动阻力。

其中，具体的，如图3所示，所述三轴测阻模块包括支架二22、电机三21、传动连接件三、力传感器组件二和固定机构，所述电机三21安装在支架二22上且轴心与三轴7轴心重合，所述传动连接件三的一端与电机三21连接，所述力传感器组件二的一端与传动连接件三连接，所述力传感器组件二的另一端与固定机构连接，所述固定机构用于固定三轴7的末梢。更进一步的，所述传动连接件三包括转臂三19和直杆三18，所述转臂三19一端与电机三传动连接，另一端与直杆三18连接。

其中，需要说明的是，上述方案中的力传感器组件二17的结构与力传感器组件一的结构相同。

在本实施例中，为了防止在测试的过程中二轴转动，所述三轴测阻模块还包括用于限制二轴8转动的限位螺杆20，所述限位螺杆20一端与支架二22连接，另一端与二轴8连接。

与二轴移动阻力测试不同的是，三轴测阻模块在支架二上设置有限位螺杆，通过限位螺杆限制二轴转动；且可通过调整电机三在支架上的安装角度，便捷的调节电机三的轴心位置，使其与三轴的轴心保持重合，从而测量二轴处于不同角度时三轴的移动阻力。

其中，由于传统的装夹组件容易损坏机械臂组件的表面，所以，本实施例采用以下方案：在本实施中，所述固定机构包括两块固定块16，所述固定块16上设置有与机械臂组件的末梢配合的限位凹槽，两块固定块16之间通过螺栓连接；所述固定块16内部设置有与限位凹槽形状相适配的弧形气囊27和与弧形气囊27相适配连接的限位弧形板26，所述弧形气囊27内部事先充有一定量的气体；所述固定块16内部还设置有活塞腔一32，所述活塞腔一32与弧形气囊27通过进气管35连通，所述活塞腔一32内设置有活塞一33和弹簧一34，所述弹簧一34的一端与活塞一33连接，另一端与活塞腔一32的腔底连接，所述活塞腔一32远离弹簧一34的一端设置有活动孔31，所述活动孔31的一端与外界连通，所述固定块16上设置有与活动孔31配合推动活塞一33在活塞腔一32内运动力传感器挤压杆28。

在上述方案中，具体安装时，先将一个固定块的挤压杆对准另一个固定块的活动孔，然后将两个固定块合拢，挤压杆从活动孔进入到活塞腔一内挤压活塞一，使得活塞腔一内的气体进入到弧形气囊内，然后，将螺栓拧入到固定块上的螺栓孔内，两个固定块通过螺栓连接，接着将螺栓拧紧，在这个过程中，两个固定块不断接近，活塞腔一内的气体一直被压入到弧形气囊内，当螺栓拧紧后，弧形气囊内气体充满，弧形气囊充满气后与三轴的外表面贴合将机械臂组件夹紧，由于弧形气囊具有形变的特性，因此，本实施例的固定组件能够固定多种规格的机械臂组件，通用性较高。

并且，需要说明的是，气囊等充气部件如果一直处在充满气的状态下，容易在内部气压的作用下发生漏气，导致气囊失效，在本实施例中，固定机构在不使用的时候，两个固定块处于脱离状态，活塞一在弹簧一的作用下将弧形气囊内部的一部分气体抽出，使得弧形气囊内部不是一直处于充满气体的状态，能够有效的提升弧形气囊的使用寿命，而且，气囊相对于一些软垫等常用的缓冲部件在缓冲的时候能够发生更大的形变，因此，缓冲效果会更好，能够很好的保护机械臂组件的外表面。

其中，在测试过程中，由于三轴会给弧形气囊施加一个作用力，有时候该力比较大，会使得弧形气囊内部的气压大于弧形气囊所能承受的压力，导致弧形气囊损坏，在本方案中，在所述固定块16内部还设置有活塞腔二30、通气管36和容纳腔25，所述活塞腔二30与弧形气囊27连通，所述活塞腔二30内设置有活塞二24和弹簧二23，所述弹簧二23的一端与活塞二24连接，另一端与活塞腔二30的腔底连接，所述通气管36一端与活塞腔二30的侧壁连接，另一端与容纳腔25连接；

在上述方案中，当三轴给弧形气囊施加的外力作用于弧形气囊后，弧形气囊内部的气压增大，当弧形气囊内部的气压大于弧形气囊所能承受的压力后，弧形气囊内部的气体挤压活塞二，活塞二往弹簧二压缩的方向运行，活塞腔二内的气体从出气孔37中流出，直至活塞二的下端高于通气管，通气管通过活塞腔二与弧形气囊内部连通，弧形气囊内部的气体通过通气管进入到容纳腔内，弧形气囊内部气体流出后，三轴给弧形气囊施加的外力消失，从而防止弧形气囊损坏；其中，活塞腔二内的气体从出气孔37流出的同时，活塞腔二内的气体也会有部分进入容纳腔，需要说明的是，容纳腔与外界连通，即容纳腔内的气压和外界气压相同，因此，活塞腔二内的部分气体进入容纳腔并不会造成影响，而弧形气囊内的气压大于容纳腔的气压，当弧形气囊与容纳腔通过通气管连通后，弧形气囊的气体在压差的作用下会进入到容纳腔内；其中，弹簧二在具体设计时，根据弹簧的弹力计算公式F=kx，其中：k是弹性系数，x是形变量，保证活塞二下端面到通气管的距离（弹簧的形变量）乘以弹簧二的弹性系数K等于或者是略微小于弧形气囊所能承受的最大压力即可。

其中，需要说明的是，本发明中的弧形气囊具有一充气口，当弧形气囊内的气体排空后，可以通过充气口往弧形气囊中充入适量的气体。

其中，为了方便弧形气囊的表面能够更加贴合三轴的外表面，将所述弧形气囊27与机械臂组件的末梢接触的端面设置为褶皱面29，弧形气囊在充气后，褶皱面在气体的作用下展开从而贴合三轴的外表面，如果弧形气囊的表面为平面的话，则可能会存在弧形气囊表面与三轴的表面不能完全贴合的情况。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种力反馈机械臂移动阻力测试台，包括支撑平台（3）和机械臂组件，所述机械臂组件安装在支撑平台（3）上，所述机械臂组件包括依次转动连接的机械臂底座（2）、一轴（1）、二轴（8）和三轴（7）；其特征在于，所述力反馈机械臂移动阻力测试台还包括如下任意一项：

一轴测阻模块，所述一轴测阻模块用于测试一轴（1）绕着机械臂底座（2）转动时的移动阻力；

二轴测阻模块，所述二轴测阻模块用于测试二轴（8）绕着一轴（1）转动时的移动阻力；

三轴测阻模块，所述三轴测阻模块用于测试三轴（7）绕着二轴（8）转动时的移动阻力。

2.根据权利要求1所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述一轴测阻模块包括电机一（4）、传动连接件一和力传感器，所述电机一（4）安装在支撑平台（3）上且轴心与一轴（1）轴心重合，所述传动连接件一的一端与电机一（4）连接，所述力传感器安装在传动连接件一的另一端，所述力传感器远离传动连接件一的一端与二轴（8）连接。

3.根据权利要求2所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述传动连接件一包括转臂一（5）和直杆一（6），所述转臂一（5）一端与电机一（4）传动连接，另一端与直杆一（6）连接。

4.根据权利要求1所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述二轴测阻模块包括支架一（11）、电机二（9）、传动连接件二和力传感器组件一，所述电机二（9）安装在支架一（11）上且轴心与二轴（8）轴心重合，所述传动连接件二的一端与电机二（9）连接，所述力传感器组件一的一端与传动连接件二连接，所述力传感器组件一的另一端与二轴（8）上的安装板（12）连接。

5.根据权利要求4所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述传动连接件二包括转臂二（38）和直杆二（10），所述转臂二（38）一端与电机二（9）传动连接，另一端与直杆二（10）连接。

6.根据权利要求1所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述三轴测阻模块包括支架二（22）、电机三（21）、传动连接件三、力传感器组件二和固定机构，所述电机三（21）安装在支架二（22）上且轴心与三轴（7）轴心重合，所述传动连接件三的一端与电机三（21）连接，所述力传感器组件二的一端与传动连接件三连接，所述力传感器组件二的另一端与固定机构连接，所述固定机构用于固定三轴（7）的末梢。

7.根据权利要求6所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述传动连接件三包括转臂三（19）和直杆三（18），所述转臂三（19）一端与电机三（21）传动连接，另一端与直杆三（18）连接。

8.根据权利要求6所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述三轴测阻模块还包括用于限制二轴（8）转动的限位螺杆（20），所述限位螺杆（20）一端与支架二（22）连接，另一端与二轴（8）连接。

9.根据权利要求6所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述固定机构包括两块固定块（16），所述固定块（16）上设置有与机械臂组件的末梢配合的限位凹槽，两块固定块（16）之间通过螺栓连接；所述固定块（16）内部设置有与限位凹槽形状相适配的弧形气囊（27）和与弧形气囊（27）相适配连接的限位弧形板（26），所述弧形气囊（27）内部充有气体；所述固定块（16）内部还设置有活塞腔一（32），所述活塞腔一（32）与弧形气囊（27）连通，所述活塞腔一（32）内设置有活塞一（33）和弹簧一（34），所述弹簧一（34）的一端与活塞一（33）连接，另一端与活塞腔一（32）的腔底连接，所述活塞腔一（32）远离弹簧一（34）的一端设置有活动孔（31），所述活动孔（31）的一端与外界连通，所述固定块（16）上设置有与活动孔（31）配合推动活塞一（33）在活塞腔一（32）内运动的挤压杆（28）。

10.根据权利要求9所述的一种力反馈机械臂移动阻力测试台，其特征在于，所述固定块（16）内部还设置有活塞腔二（30）、通气管（36）和容纳腔（25），所述活塞腔二（30）与弧形气囊（27）连通，所述活塞腔二（30）内设置有活塞二（24）和弹簧二（23），所述弹簧二（23）的一端与活塞二（24）连接，另一端与活塞腔二（30）的腔底连接，所述通气管（36）一端与活塞腔二（30）的侧壁连接，另一端与容纳腔（25）连接；所述弧形气囊（27）与三轴（7）的末梢接触的端面为褶皱面（29）。

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