本發(fā)明涉及一種柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺，是一種能夠測試柔性軟驅(qū)動裝置傳動力輸出特性、運動輸出特性及傳動效率等傳動性能的高度集成化的測試平臺。

背景技術(shù)：

專利“柔性蠕動的管道機器人(ZL200810106352)”，提出了一種柔性軟驅(qū)動裝置，該裝置可以在彎曲的狀態(tài)下仍然能夠?qū)崿F(xiàn)螺旋傳動功能。這種柔性軟驅(qū)動具有廣泛的應用前景，如在管道機器人應用、曲線運動傳動應用等場合。該柔性軟驅(qū)動裝置雖然結(jié)構(gòu)新穎，但是對其傳動性能的研究尚處于起步階段，關(guān)于這種柔性軟驅(qū)動裝置的傳動性能的專用測試平臺尚處空白，限制了對該柔性軟驅(qū)動裝置傳動性能的進一步深入研究。

為了獲取這種柔性軟驅(qū)動裝置的傳動性能參數(shù)，以便深入開展其相關(guān)理論和方法的研究工作，有必要設(shè)計一種測試平臺，通過實驗來開展對這種柔性軟驅(qū)動裝置傳動性能及傳動參數(shù)進行測試，并通過實驗評估設(shè)計參數(shù)及工作條件對對其傳動效果的影響。本測試平臺滿足這一實際需求，并模擬了軟驅(qū)動機構(gòu)多種工作情況，設(shè)計了不同測試模塊來實際測量軟驅(qū)動裝置傳動過程中的各項工作參數(shù)，可滿足對該裝置的研究需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：柔性軟驅(qū)動是一種結(jié)構(gòu)新穎的傳動裝置，通過軟軸的可變形特性，該裝置實現(xiàn)了彎曲狀態(tài)下的運動傳遞。但關(guān)于該傳動機構(gòu)的傳動特性的測試平臺尚處空白。本發(fā)明創(chuàng)造性地提出了一種柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺。該測試平臺能夠測量柔性軟驅(qū)動機構(gòu)動力輸出特性、運動輸出特性及傳動效率，可滿足對該類機構(gòu)的傳動性能的評估測試。

技術(shù)方案：一種柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺，本測試平臺主要包括機架(1)、柔性軟驅(qū)動主體(2)、同步傳動裝置(3)、動力系統(tǒng)(4)、直線軌跡行程導引及測量模塊(5)、彎曲軌跡行程導引及測量模塊(6)六個部分。

機架(1)主要包括支撐板a(101)、支撐板b(102)、支撐板c(103)、底座a(104)、底座b(105)、支腳(106)及主安裝座(107)。底座a(104)上開設(shè)有兩條平行導向槽a(108)，支撐板b(102)及支撐板c(103)分別嵌入在導向槽a(108)內(nèi)，并通過支腳(106)與底座a(104)固連；底座b(105)上開設(shè)有導向槽b(109)，支撐板a(101)嵌入在導向槽b(109)內(nèi)并通過支腳(106)與底座b(105)固連；底座a(104)和底座b(105)通過螺栓固定在主安裝座(107)上。

柔性軟驅(qū)動主體(2)主要包括軟軸螺旋傳動裝置(2X)、編碼器支架a(204)、小型編碼器(206)、軸承a(207)、軸承蓋a(208)、軸承蓋b(203)、軸承b(215)、彈簧座(209)、滑環(huán)(214)。軟軸螺旋傳動裝置(2X)由軟軸(201)、螺母(202)、滾子(212)、擋蓋(213)組成；螺母(202)一端開有鍵槽(216)；滾子(212)與小型軸承(211)配合后安裝于螺母(202)孔中，滾子(212)一端突出螺母(202)外表面，一端突出螺母(202)內(nèi)表面。軟軸(201)穿過螺母(202)并與滾子(212)嚙合構(gòu)成螺旋傳動。小型編碼器(206)外殼通過編碼器支架a(204)固定在軟軸螺旋傳動裝置(2X)的螺母(202)上。小型編碼器(206)的信號輸出線纜(205)與滑環(huán)(214)連接?；h(huán)(214)由固定片(214a)、轉(zhuǎn)動片(214b)組成；固定片(214a)與轉(zhuǎn)動片(214b)之間通過滑動金屬觸點(214c)進行電氣連接?；h(huán)的固定片(214a)與機架的支撐板c(103)固連，轉(zhuǎn)動片(214b)與螺母(202)固連。

同步傳動裝置(3)主要包括漲緊輪調(diào)節(jié)螺栓(301)、大同步帶輪(302)、漲緊輪(303)、漲緊輪盒(304)、調(diào)節(jié)滑塊(305)、小同步帶輪(306)、同步帶a(307)。漲緊輪盒(304)利用螺栓固定在支撐板c(103)上。調(diào)節(jié)滑塊(305)可以沿張緊輪盒(304)長度方向移動，其移動距離由漲緊輪調(diào)節(jié)螺栓(301)控制。

動力系統(tǒng)(4)主要包括編碼器b(401)、編碼器支架b(402)、電機(403)、聯(lián)軸器a(404)、扭矩傳感器(405)、扭矩傳感器支架(406)、聯(lián)軸器b(407)、軸承c(408)、軸承蓋c(409)、傳動軸(410)。

直線軌跡行程導引及測量模塊(5)包括皮帶夾a(501)、帶輪(502)、帶輪支架(503)、支架座(504)、編碼器c(505)、編碼器支架c(506)、摩擦塊(507)、直線導軌(508)、鋼軸(509)、同步帶b(510)、導軌支架(511)、皮帶夾b(512)、直線軸承(513)、滑塊(514)、力傳感器a(515)。

彎曲軌跡行程導引及測量模塊(6)包括固定支架(601)、摩擦片(602)、壓片(603)、旋轉(zhuǎn)滑塊(604)、編碼器支架d(605)、編碼器d(606)、懸臂(607)、力傳感器b(608)。

有益效果：通過上述設(shè)計方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、模擬多種工況。本發(fā)明測試平臺的設(shè)計全面考慮了柔性軟驅(qū)動在實際運作時可能遇到的多種情況，其主要包括柔性軟驅(qū)動不同運動軌跡(如直線運動軌跡及不同曲率半徑運動軌跡條件下)及不同負載條件下的動力輸出特性、運動傳遞特性、傳動效率。。

2、結(jié)構(gòu)簡單，可測試參數(shù)多。本發(fā)明測試平臺通過簡單的機械結(jié)構(gòu)直接或間接獲得軟驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動性能的相關(guān)大量數(shù)據(jù)；利用多個小型旋轉(zhuǎn)編碼器同時測量滾動螺母體中不同位置的滾子的轉(zhuǎn)速，從而間接推導出滾子在柔性軟驅(qū)動工作時的運動狀態(tài)，有助于探究柔性軟驅(qū)動力傳遞機理，從而了解滾子在不同驅(qū)動力矩作用下打滑或是阻塞對傳動效率的影響。螺母轉(zhuǎn)動時小型編碼器隨同一起轉(zhuǎn)動會發(fā)生信號線和電源線甩線的現(xiàn)象，為了避免這種情況的產(chǎn)生，設(shè)計了帶有11路引線的滑環(huán)。該滑環(huán)不僅質(zhì)量輕薄，而且成本較低，在軸向空間狹小且中空的環(huán)境下有不可替代的作用。機架的設(shè)計采用了多個支撐板件通過支腳拼接的方法，配合套筒的使用，可以適用于不同規(guī)格的軟驅(qū)動系統(tǒng)的測試。

附圖說明

圖1為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺機架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺柔性軟驅(qū)動主體剖視圖。

圖4為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺軟軸螺旋傳動裝置示意圖。

圖5為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺軟軸螺旋傳動裝置滾子結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺的同步傳動裝置示意圖。

圖7為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺的動力系統(tǒng)組成示意圖。

圖8為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺的直線軌跡行程導引及測量模塊示意圖。

圖9為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺的彎曲軌跡行程導引及測量模塊示意圖。

圖10為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺的直線軌跡測試示意圖。

圖11為本發(fā)明柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺的彎曲軌跡測試示意圖。

圖中有1.機架、2.柔性軟驅(qū)動主體、3.同步傳動裝置、4.動力系統(tǒng)、5.直線軌跡行程導引及測量模塊、6.彎曲軌跡行程導引及測量模塊；101.支撐板a、102.支撐板b、103.支撐板c、104.底座a、105.底座b、106.支腳、107.主安裝座、108.導向槽a、109.導向槽b；2X.軟軸螺旋傳動裝置、201.軟軸、202.螺母、203.軸承蓋b、204.編碼器支架a、205.信號輸出線纜、206.小型編碼器、207.軸承a、208.軸承蓋a、209.彈簧座、210.小彈簧、211.小型軸承、212.滾子、213.擋蓋、214.滑環(huán)、214a.固定片、214b.轉(zhuǎn)動片、214c.滑動金屬觸點、215.軸承b、216.鍵槽、217.擋圈；301、張緊輪調(diào)節(jié)螺栓、302.大同步帶輪、303.漲緊輪、304.漲緊輪盒、305.調(diào)節(jié)滑塊、306.小同步帶輪、307.同步帶a；401.編碼器b、402.編碼器支架b、403.電機、404.聯(lián)軸器a、405.扭矩傳感器、406.扭矩傳感器支架、407.聯(lián)軸器b、408.軸承c、409.軸承蓋c、410.傳動軸；501.皮帶夾a、502.帶輪、503.帶輪支架、504.支架座、505.編碼器c、506.編碼器支架c、507.摩擦塊、508.直線導軌、509.鋼軸、510.同步帶b、511.導軌支架、512.皮帶夾b、513.直線軸承、514.滑塊、515.力傳感器a；601.固定支架、602.摩擦片、603.壓片、604.旋轉(zhuǎn)滑塊、605.編碼器支架d、606.編碼器d、607.懸臂、608.力傳感器b。

具體實施方式

如圖1所示的柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺主要用于柔性軟驅(qū)動機構(gòu)傳動力輸出特性、運動輸出特性及傳動效率等傳動性能測試。本柔性軟軸驅(qū)動性能測試平臺由機架1、柔性軟驅(qū)動主體2、同步傳動裝置3、動力系統(tǒng)4、直線軌跡行程導引及測量模塊5、彎曲軌跡行程導引及測量模塊6六個部分組成。

如圖2所示的機架主要包括支撐板a(101)、支撐板b(102)、支撐板c(103)、底座a(104)、底座b(105)、支腳(106)及主安裝座(107)。底座a(104)上開設(shè)有兩條平行導向槽a(108)，支撐板b(102)及支撐板c(103)嵌入在導向槽a(108)內(nèi)，并通過支腳(106)與底座a(104)固連。底座b(105)上開設(shè)有導向槽b(109)，支撐板a(101)嵌入在導向槽b(109)內(nèi)并通過支腳(104)與底座b(105)固連。底座a(104)和底座b(105)通過螺栓固定在主安裝座(107)上。

圖3、圖4、圖5反映的是柔性軟驅(qū)動主體(2)。柔性軟驅(qū)動主體(2)主要包括軟軸螺旋傳動裝置(2X)、編碼器支架a(204)、小型編碼器(206)、軸承a(207)、軸承蓋a(208)、軸承蓋b(203)、軸承b(215)、彈簧座(209)、滑環(huán)(214)。其中軟軸螺旋傳動裝置(2X)由軟軸(201)、螺母(202)、滾子(212)、擋蓋(213)組成；螺母(202)一端開有鍵槽(216)；滾子(212)與小型軸承(211)配合后安裝于螺母(202)孔中，其一端突出螺母(202)外表面，一端突出螺母(202)內(nèi)表面。軟軸(201)一端安裝有彈簧座(209)，另一端則穿過螺母(202)與滾子(212)形成螺旋傳動。編碼器支架a(204)固定在軟軸螺旋傳動裝置(2X)的螺母(202)上；滑環(huán)(214)由固定片(214a)、轉(zhuǎn)動片(214b)組成；滑環(huán)的固定片(214a)與機架的支撐板c(103)固連，轉(zhuǎn)動片(214b)與螺母(202)固連，固定片(214a)與轉(zhuǎn)動片(214b)之間通過滑動金屬觸點(214c)進行電氣連接。小型編碼器(206)外殼通過編碼器支架a(204)固定在軟軸螺旋傳動裝置(2X)的螺母(202)上；小型編碼器(206)的輸入軸與突出螺母(202)表面的滾子(212)一端固連；小型編碼器(206)的信號輸出線纜(205)與滑環(huán)(214)的轉(zhuǎn)動片(214b)連接。

如圖1及圖3所示，軸承a(207)與軸承b(215)內(nèi)圈分別安裝于軟軸螺旋傳動裝置(2X)的螺母(202)兩端。軸承a(207)與軸承b(215)外圈分別安裝于支撐板b102、支撐板c103；軸承蓋a(208)、軸承蓋b(203)則穿過螺母(202)分別與支撐板b(102)和支撐板c(103)固定，實現(xiàn)對軸承a(207)與軸承b(215)的軸向固定。

圖6反映的是同步傳動裝置(3)。同步傳動裝置(3)包括張緊輪調(diào)節(jié)螺栓(301)、大同步帶輪(302)、漲緊輪(303)、漲緊輪盒(304)、調(diào)節(jié)滑塊(305)、小同步帶輪(306)、同步帶a(307)。同步帶a(307)與大同步帶輪(302)、小同步帶輪(306)構(gòu)成同步帶傳動系統(tǒng)。漲緊輪(303)安裝在調(diào)節(jié)滑塊(305)上，并可相對調(diào)節(jié)滑塊(305)轉(zhuǎn)動。調(diào)節(jié)滑塊(305)安裝在漲緊輪盒(304)內(nèi)部，并可以沿張緊輪盒(304)長度方向移動，其移動距離由漲緊輪調(diào)節(jié)螺栓(301)控制，漲緊輪盒(304)則固定于支撐板a(101)上；通過調(diào)節(jié)滑塊(305)的運動可實現(xiàn)對同步帶傳動系統(tǒng)的漲緊。

如圖6所示大同步帶輪(302)與螺母(202)通過鍵槽(216)實現(xiàn)周向固連，小同步帶輪(306)則與傳動軸(410)固連。

圖7反映的是動力系統(tǒng)(4)，主要包括編碼器b(401)、編碼器支架b(402)、電機(403)、聯(lián)軸器a(404)、扭矩傳感器(405)、扭矩傳感器支架(406)、聯(lián)軸器b(407)、軸承c(408)、軸承蓋c(409)、傳動軸(410)。編碼器b(401)外殼通過編碼器支架b(402)固定于電機(403)外殼上，編碼器b(401)輸入軸則與電機(403)轉(zhuǎn)軸連接。扭矩傳感器(405)的輸入軸通過聯(lián)軸器a(404)與電機(403)輸出軸連接，扭矩傳感器(405)的輸出軸則通過聯(lián)軸器b(407)與傳動軸(410)連接。

如圖1所示電機(403)通過支撐板a(101)固定在底座b(105)上，扭矩傳感器(405)通過扭矩傳感器支架(406)固定在主安裝座(107)上。傳動軸(410)則通過軸承c(408)和軸承蓋c(409)與支撐板c(103)實現(xiàn)徑向固定。

圖8所示的是直線軌跡行程導引及測量模塊(5)，主要包括皮帶夾a(501)、帶輪(502)、帶輪支架(503)、支架座(504)、編碼器c(505)、編碼器支架c(506)、摩擦塊(507)、直線導軌(508)、鋼軸(509)、同步帶b(510)、導軌支架(511)、皮帶夾b(512)、直線軸承(513)、滑塊(514)、力傳感器a(515)。帶輪(502)安裝在帶輪支架(503)上并構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接。編碼器c(505)外殼通過編碼器支架c(506)與帶輪支架(503)固連，編碼器c(505)的輸入軸則與帶輪(502)固連。帶輪支架(503)通過支架座(504)固定于主安裝座(107)上。直線導軌(508)一端固定于帶輪支架(503)上，另一端則通過導軌支架(511)固定于主安裝座(107)上。直線軸承(513)與導軌(508)形成滑動連接，直線軸承(513)上安裝有滑塊(514)。鋼軸(509)穿過滑塊(514)與帶輪支架(503)固連。同步帶b(510)與帶輪(502)嚙合，同步帶b(510)一端與皮帶夾a(501)固連，另一端與皮帶夾b(512)固連；皮帶夾b(512)則與滑塊(514)固連。力傳感器a(515)一端與滑塊(514)固連，另一端則與彈簧座(209)固連。

圖9反映的是彎曲軌跡行程導引及測量模塊(6)，包括固定支架(601)、摩擦片(602)、壓片(603)、旋轉(zhuǎn)滑塊(604)、編碼器支架d(605)、編碼器d(606)、懸臂(607)、力傳感器b(608)。固定支架(601)通過螺栓與主安裝座(107)固連，懸臂(607)一端通過旋轉(zhuǎn)滑塊(604)與固定支架(601)旋轉(zhuǎn)連接，懸臂(607)另一端則安裝有力傳感器b(608)；編碼器d(606)外殼通過編碼器支架d(605)與旋轉(zhuǎn)滑塊(604)連接，編碼器d(606)輸入軸與固定支架(601)連接。摩擦片(602)與壓片(603)固定于固定支架(601)與旋轉(zhuǎn)滑塊(604)之間，摩擦片(602)可在壓片(603)的推動下沿固定支架(601)軸線移動并壓緊旋轉(zhuǎn)滑塊(604)，提高懸臂(607)與固定支架(601)間的摩擦力。懸臂(607)可繞固定支架(601)軸線轉(zhuǎn)動，從而帶動編碼器d(606)外殼轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對懸臂(607)相對于固定支架(601)轉(zhuǎn)動角度的測量。

柔性軟驅(qū)動傳動性能測試平臺的具體測試過程描述如下：

如圖10所示，在直線運動軌跡測試模式下，皮帶夾a(501)下掛載有負載，負載通過同步帶b(510)、皮帶夾b(512)及力傳感器a(515)作用于軟軸(201)。測試平臺啟動后，動力系統(tǒng)(4)通過同步傳動裝置(3)帶動柔性軟驅(qū)動主體(2)的螺母(202)旋轉(zhuǎn)，螺母(202)的旋轉(zhuǎn)帶動滾子(212)轉(zhuǎn)動，由于滾子(212)與軟軸(201)構(gòu)成螺旋傳動，則軟軸(201)在滾子(212)的推動下拖動負載沿直線導軌(508)運動。運動過程中，軟軸(201)輸出的力通過力傳感器a(515)測量，軟軸(201)的移動速度則通過同步帶b(510)與帶輪(502)的嚙合傳動帶動編碼器c(505)輸入軸轉(zhuǎn)動測得。在直線運動過程中，滾子(212)相對于螺母(202)的轉(zhuǎn)動速度則通過小型編碼器(206)測量得到，由于小型編碼器(206)在測量過程中隨螺母(202)一起轉(zhuǎn)動，所以其信號的傳遞通過滑環(huán)(214)實現(xiàn)。對于螺母(202)的轉(zhuǎn)動速度，則通過動力系統(tǒng)(4)中的編碼器b(401)測量并經(jīng)過計算得到。螺母(202)的驅(qū)動扭矩通過扭矩傳感器(405)測量電機(403)的輸出力矩計算而得。

如圖11所示，在曲線運動軌跡測試模式下，軟軸(201)一端通過彈簧座(209)與安裝于懸臂(607)的力傳感器b(608)連接。測試平臺啟動后，動力系統(tǒng)(4)通過同步傳動裝置(3)帶動柔性軟驅(qū)動主體(2)的螺母(202)旋轉(zhuǎn)，螺母(202)的旋轉(zhuǎn)帶動滾子(212)轉(zhuǎn)動，由于滾子(212)與軟軸(201)構(gòu)成螺旋傳動，則軟軸(201)將推動懸臂(607)繞固定支架(601)軸線旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)軟軸(202)的曲線傳動。運動過程中，軟軸(201)輸出的力通過力傳感器b(608)測量，軟軸(201)末端的移動位移及速度則通過與懸臂(607)連接的編碼器d(606)測得；與直線軌跡測試類似，在曲線運動過程中，滾子(212)相對于螺母(202)的轉(zhuǎn)動速度則通過小型編碼器(206)測量得到；對于螺母(202)的轉(zhuǎn)動速度，則通過動力系統(tǒng)(4)中的編碼器b(401)測量并經(jīng)過計算得到。