[發明專利]一種彈性柔索驅動單關節實驗測試平臺、控制方法及用途

有效

• 申請號: 201810137592.X
• 申請日: 2018-02-10
• 公開（公告）號: CN108362423B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 王正雨;訾斌;李元;王道明;錢森;錢鈞;于凌濤
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01L5/04
• 分類號: G01L5/04
• 代理公司: 合肥市科融知識產權代理事務所(普通合伙) 34126
• 代理人: 胡治中

本發明提供一種彈性柔索驅動單關節實驗測試平臺、控制方法及用途，所述的單關節實驗測試平臺，主要由牽引柔索驅動機構、復位柔索驅動機構、柔索導向過輪機構、轉動關節機構四部分組成；柔索驅動機構集成直流伺服電機、微型滾珠絲杠、微型直線導軌和光柵檢測系統等，轉動關節集成微型磁性編碼器和壓力傳感器等。有益的技術效果：本發明具有運動平穩、結構緊湊、多用途等特點，通過結構創新性設計，可以滿足彈性柔索驅動單關節機構的動力學參數辨識和運動控制或力控制的實驗測試研究。

技術領域

本發明屬于檢測技術領域，涉及一種面向彈性柔索驅動原理的實驗測試設備，應用于彈性柔索驅動關節的動力學參數辨識與控制實驗研究，尤其涉及一種基于彈性柔索驅動原理并集成多種檢測傳感器的單自由度柔索驅動關節實驗測試平臺，具體為一種彈性柔索驅動單關節實驗測試平臺、控制方法及用途。

背景技術

柔索驅動是一種通過在傳統旋轉或直線驅動器的基礎上，通過柔索和過渡機構連接驅動器與移動或旋轉關節，最終實現驅動器帶動柔索牽引關節的運動。柔索驅動是機器人結構輕量化的關鍵技術之一，在柔索驅動串聯機器人和并聯機器人中具有廣泛應用，柔索驅動的難點包括柔索彈性、張緊度與復雜動力學行為等，高精度的柔索驅動結構設計和控制研究是實現柔索驅動良好性能的基礎。將柔索驅動引入小型機器人機構中，例如微創外科手術機器人用多自由度微器械手指，由于機構關節尺寸緊湊、安裝空間狹小、無法在關節末端集成位置檢測傳感器等限制因素影響，實現高精度的位置控制和力控制難度極大。

為此，市面上急需一種適用于柔索驅動的檢測平臺，能夠針對緊湊型和小型柔索驅動機器人關節的結構、運動特點，進行柔索驅動系統的動力學參數辨識、關節參數估計、運動控制和力控制等難點問題的研究是亟待解決的。

發明內容

本發明目的在于提供一種彈性柔索驅動單關節實驗測試平臺，該平臺基于彈性柔索驅動并集成光柵檢測系統，結構緊湊、運動靈活、工作穩定、精度高，可用于彈性柔索驅動關節的動力學參數辨識與控制實驗研究。

本發明的具體結構如下：

一種彈性柔索驅動單關節實驗測試平臺，由牽引柔索驅動機構1、復位柔索驅動機構2、柔索導向過輪機構3和轉動關節機構4四部分組成。其中，柔索導向過輪機構3包含鋁合金型材安裝底座3006和牽引柔索3005。

在鋁合金型材安裝底座3006長度方向的一端設有牽引柔索驅動機構1和復位柔索驅動機構2。在鋁合金型材安裝底座3006的中部設有柔索導向過輪機構3。在鋁合金型材安裝底座3006的另一端設有轉動關節機構4。

牽引柔索3005的一端與牽引柔索驅動機構1相連，復位柔索3004的一端與復位柔索驅動機構2相連。牽引柔索3005與復位柔索3004共同組成鋼絲柔索。鋼絲柔索穿過柔索導向過輪機構3和轉動關節機構4。

所述牽引柔索驅動機構1負責提供牽引柔索3005的驅動拉力，是拉動鋼絲柔索的驅動機構。

所述復位柔索驅動機構2負責提供復位柔索3004的復位拉力，是保證鋼絲柔索復位張力的驅動機構。

所述柔索導向過輪機構3負責牽引柔索3005和復位柔索3004的導向，實現牽引柔索驅動機構1和復位柔索驅動機構2分別與轉動關節機構4連接。

所述轉動關節機構4用于安裝柔索驅動關節，并進行柔索驅動關節的轉角檢測與外力測量。