一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法包括反驅(qū)力矩加載把手、柔性減速加載機(jī)構(gòu)、力矩傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊；機(jī)械臂關(guān)節(jié)通過(guò)力矩傳感器連接到柔性減速加載機(jī)構(gòu)的輸出端；反驅(qū)力矩加載把手安裝在柔性減速加載機(jī)構(gòu)的輸入端，用于驅(qū)動(dòng)柔性減速加載機(jī)構(gòu)給機(jī)械臂關(guān)節(jié)加載扭矩；力矩傳感器用于讀取機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的加載扭矩，并將加載扭矩的信息傳遞到數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收到力矩傳感器發(fā)送的加載扭矩信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)加載扭矩信息繪制扭矩曲線，找到扭矩曲線的峰值，即為反向驅(qū)動(dòng)力矩。本發(fā)明測(cè)試精度高、加載扭矩過(guò)程不引入其他附加力，根據(jù)機(jī)構(gòu)反驅(qū)力矩大于自身摩擦力矩的特性自動(dòng)識(shí)別反向驅(qū)動(dòng)力矩。
【專利說(shuō)明】一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，屬于工程測(cè)試技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 大型空間機(jī)械臂是深入開(kāi)展載人航天活動(dòng)必不可少的工具，是在軌支持、服務(wù)的 一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，在空間站上承擔(dān)著對(duì)接艙段轉(zhuǎn)位、大型設(shè)備的搬運(yùn)及輔助更換、空間站艙外 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與檢查、支持航天員艙外活動(dòng)等功能。大型空間機(jī)械臂由機(jī)械臂關(guān)節(jié)、末端執(zhí)行 器、臂桿等組成。機(jī)械臂關(guān)節(jié)主要完成產(chǎn)生與傳遞動(dòng)力、位置感知、機(jī)械連接三大任務(wù)，是保 證機(jī)械臂負(fù)載能力、運(yùn)動(dòng)精度等問(wèn)題的關(guān)鍵，是大型空間機(jī)械臂的核心部件。
[0003] 目前我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了空間機(jī)械臂的研制，為驗(yàn)證機(jī)械臂關(guān)節(jié)的實(shí)際性能與功能否 滿足執(zhí)行空間任務(wù)的要求，需要在地面環(huán)境下對(duì)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，其中大型機(jī)械臂 關(guān)節(jié)的反驅(qū)力矩是一項(xiàng)重要的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)指標(biāo)，在研制過(guò)程中必須對(duì)關(guān)節(jié)的反驅(qū)力矩進(jìn)行測(cè) 試。
[0004] 由于機(jī)械臂關(guān)節(jié)具有傳動(dòng)鏈條復(fù)雜、加工裝配精密、反驅(qū)力矩大等特點(diǎn)，使得一般 的反驅(qū)力矩測(cè)試技術(shù)在應(yīng)用中受到了多種制約，現(xiàn)有的反驅(qū)力矩測(cè)試方法精度較低、測(cè)試 力矩范圍小，難以滿足大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩的測(cè)試要求，因此必須開(kāi)發(fā)一種新型高效 的反驅(qū)力矩測(cè)試方法應(yīng)用于關(guān)節(jié)的反驅(qū)力矩測(cè)試，機(jī)械臂關(guān)節(jié)具有傳動(dòng)鏈條復(fù)雜、加工裝 配精密、反驅(qū)力矩大等特點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反 驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，用于解決大型、傳動(dòng)鏈條復(fù)雜、精密驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)反驅(qū)力矩準(zhǔn)確測(cè) 量的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0007] -種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)，包括反驅(qū)力矩加載把手、柔性減速加載 機(jī)構(gòu)、力矩傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊；
[0008] 機(jī)械臂關(guān)節(jié)通過(guò)力矩傳感器連接到柔性減速加載機(jī)構(gòu)的輸出端；反驅(qū)力矩加載 把手安裝在柔性減速加載機(jī)構(gòu)的輸入端，用于驅(qū)動(dòng)柔性減速加載機(jī)構(gòu)給機(jī)械臂關(guān)節(jié)加載扭 矩；力矩傳感器用于讀取機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的加載扭矩，并將加載扭矩的信息傳遞到數(shù)據(jù)處理 模塊，用于繪制扭矩曲線；數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收到力矩傳感器發(fā)送的加載扭矩信息進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)加載扭矩信息繪制扭矩曲線，找到扭矩曲線的峰值，即為反向驅(qū)動(dòng)力矩（當(dāng) 施加的扭矩足夠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)反驅(qū)時(shí)，關(guān)節(jié)開(kāi)始反向驅(qū)動(dòng)，由于機(jī)構(gòu)反驅(qū)力矩大于自身摩擦力 矩的特性，關(guān)節(jié)開(kāi)始驅(qū)動(dòng)后加載扭矩會(huì)瞬間下降，因此扭矩曲線的峰值即關(guān)節(jié)的反向驅(qū)動(dòng) 力矩）。
[0009] 所述的柔性減速加載機(jī)構(gòu)采用五級(jí)直齒傳動(dòng)減速器。
[0010] 所述的五級(jí)直齒傳動(dòng)減速器中第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器到第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器 的中心距分別為192. 5毫米、152. 5毫米、133. 75毫米、121毫米、110毫米；第一級(jí)直齒傳動(dòng) 減速器到第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器的模數(shù)分別為3. 5、2. 5、2. 5、2、2 ;第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器 到第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器的傳動(dòng)比分別為4. 24、4. 30、4. 35、4. 26、4. 24。
[0011] 一種基于測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，包括步驟如下：
[0012] (1)測(cè)試之前檢查測(cè)試設(shè)備和待測(cè)試機(jī)械臂關(guān)節(jié)的狀態(tài)良好；
[0013] (2)將機(jī)械臂關(guān)節(jié)與測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行連接，調(diào)整機(jī)械臂關(guān)節(jié)位置保證機(jī)械臂關(guān)節(jié)輸 出軸與柔性減速加載機(jī)構(gòu)輸出軸的軸線在同一直線上；
[0014] (3)旋轉(zhuǎn)反驅(qū)力矩加載把手，通過(guò)柔性減速加載機(jī)構(gòu)給機(jī)械臂關(guān)節(jié)加載扭矩，并逐 步增大力矩值使得機(jī)械臂關(guān)節(jié)反向驅(qū)動(dòng)；
[0015] (4)力矩傳感器讀取機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的加載扭矩，并傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊；
[0016] (5)數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收到力矩傳感器發(fā)送的加載扭矩信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根 據(jù)加載扭矩信息繪制扭矩曲線，找到扭矩曲線的峰值，即為反向驅(qū)動(dòng)力矩。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為：
[0018] (1)本發(fā)明通過(guò)五級(jí)直齒傳動(dòng)減速器控制反向力矩的加載，能夠?qū)崿F(xiàn)加載過(guò)程安 全穩(wěn)定，對(duì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)施加的反向驅(qū)動(dòng)力矩大小容易控制。
[0019] (2)本發(fā)明對(duì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)施加純軸向反向驅(qū)動(dòng)力矩，測(cè)試過(guò)程中不引入任何附加 力或力矩，避免對(duì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的精密零件造成損傷。
[0020] (3)本發(fā)明采用多級(jí)的柔性減速加載機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了弱剛性柔性減速加載機(jī)構(gòu)，進(jìn)而 能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試過(guò)程中避免反向驅(qū)動(dòng)力矩對(duì)關(guān)節(jié)造成沖擊。
[0021] (4)本發(fā)明數(shù)據(jù)處理模塊在測(cè)試過(guò)程中自動(dòng)判別峰值為反向驅(qū)動(dòng)力矩，能夠自動(dòng) 識(shí)別機(jī)械臂關(guān)節(jié)被反向驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的反向驅(qū)動(dòng)力矩，準(zhǔn)確讀取關(guān)節(jié)的反驅(qū)力矩。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明模型圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明柔性減速加載機(jī)構(gòu)模型圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工作原理和工作過(guò)程做進(jìn)一步解釋和說(shuō)明。
[0027] 如圖1、2所示，本發(fā)明一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)，包括反驅(qū)力矩加 載把手、柔性減速加載機(jī)構(gòu)、力矩傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊；
[0028] 機(jī)械臂關(guān)節(jié)通過(guò)力矩傳感器連接到柔性減速加載機(jī)構(gòu)的輸出端；反驅(qū)力矩加載 把手安裝在柔性減速加載機(jī)構(gòu)的輸入端，用于驅(qū)動(dòng)柔性減速加載機(jī)構(gòu)給機(jī)械臂關(guān)節(jié)加載扭 矩；力矩傳感器用于讀取機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的加載扭矩，并將加載扭矩的信息傳遞到數(shù)據(jù)處理 模塊，用于繪制扭矩曲線；數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收到力矩傳感器發(fā)送的加載扭矩信息進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)加載扭矩信息繪制扭矩曲線，找到扭矩曲線的峰值，即為反向驅(qū)動(dòng)力矩（當(dāng) 施加的扭矩足夠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)反驅(qū)時(shí)，關(guān)節(jié)開(kāi)始反向驅(qū)動(dòng)，由于機(jī)構(gòu)反驅(qū)力矩大于自身摩擦力 矩的特性，關(guān)節(jié)開(kāi)始驅(qū)動(dòng)后加載扭矩會(huì)瞬間下降，因此扭矩曲線的峰值即關(guān)節(jié)的反向驅(qū)動(dòng) 力矩）。
[0029] 如圖3所示，柔性減速加載機(jī)構(gòu)采用五級(jí)直齒傳動(dòng)減速器。級(jí)直齒傳動(dòng)減速器中 第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器到第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器的中心距分別為192. 5毫米、152. 5毫米、 133. 75毫米、121毫米、110毫米；第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器到第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器的模數(shù) 分別為3. 5、2. 5、2. 5、2、2 ;第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器到第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器的傳動(dòng)比分別 為 4· 24、4· 30、4· 35、4· 26、4· 24。
[0030] 表1各級(jí)齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)表
[0031]

【權(quán)利要求】
1. 一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于包括：反驅(qū)力矩加載把手、柔 性減速加載機(jī)構(gòu)、力矩傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊； 機(jī)械臂關(guān)節(jié)通過(guò)力矩傳感器連接到柔性減速加載機(jī)構(gòu)的輸出端；反驅(qū)力矩加載把手安 裝在柔性減速加載機(jī)構(gòu)的輸入端，用于驅(qū)動(dòng)柔性減速加載機(jī)構(gòu)給機(jī)械臂關(guān)節(jié)加載扭矩；力 矩傳感器用于讀取機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的加載扭矩，并將加載扭矩的信息傳遞到數(shù)據(jù)處理模塊， 用于繪制扭矩曲線；數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收到力矩傳感器發(fā)送的加載扭矩信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換，并根據(jù)加載扭矩信息繪制扭矩曲線，找到扭矩曲線的峰值，即為反向驅(qū)動(dòng)力矩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述 的柔性減速加載機(jī)構(gòu)采用五級(jí)直齒傳動(dòng)減速器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型機(jī)械臂關(guān)節(jié)反驅(qū)力矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于：所述 的五級(jí)直齒傳動(dòng)減速器中第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器到第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器的中心距分別 為192. 5毫米、152. 5毫米、133. 75毫米、121毫米、110毫米；第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器到第一 級(jí)直齒傳動(dòng)減速器的模數(shù)分別為3. 5、2. 5、2. 5、2、2 ;第一級(jí)直齒傳動(dòng)減速器到第一級(jí)直齒 傳動(dòng)減速器的傳動(dòng)比分別為4. 24、4. 30、4. 35、4. 26、4. 24。
4. 一種基于權(quán)利要求1所述的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試方法，其特征在于步驟如下： (1) 測(cè)試之前檢查測(cè)試設(shè)備和待測(cè)試機(jī)械臂關(guān)節(jié)的狀態(tài)良好； (2) 將機(jī)械臂關(guān)節(jié)與測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行連接，調(diào)整機(jī)械臂關(guān)節(jié)位置保證機(jī)械臂關(guān)節(jié)輸出軸 與柔性減速加載機(jī)構(gòu)輸出軸的軸線在同一直線上； (3) 旋轉(zhuǎn)反驅(qū)力矩加載把手，通過(guò)柔性減速加載機(jī)構(gòu)給機(jī)械臂關(guān)節(jié)加載扭矩，并逐步增 大力矩值使得機(jī)械臂關(guān)節(jié)反向驅(qū)動(dòng)； (4) 力矩傳感器讀取機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的加載扭矩，并傳遞給數(shù)據(jù)處理模塊； (5) 數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)接收到力矩傳感器發(fā)送的加載扭矩信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并根據(jù)加 載扭矩信息繪制扭矩曲線，找到扭矩曲線的峰值，即為反向驅(qū)動(dòng)力矩。
【文檔編號(hào)】G01L3/00GK104142196SQ201410353050
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】汪龍, 高鵬, 賴小明, 韓建超, 王凱 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星制造廠