[發明專利]一種直線型氣動人工肌肉測試系統

在審

• 申請號: 201910885205.5
• 申請日: 2019-09-19
• 公開（公告）號: CN110530663A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 蔡康健;黃強;張連存;王文康;王志恒;劉娟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種直線型氣動人工肌肉測試系統，包括：傳動模塊、測量控制模塊、信號檢測模塊、信號采集模塊。本發明的測試系統可以用來測試加壓收縮或者伸長的直線型氣動人工肌肉。測試內容包括氣動人工肌肉的靜態特性測試和動態特性測試。所述直線型氣動人工肌肉的特性由氣壓、位移、力這三個參數決定。當人工肌肉內部氣壓恒定時，測試系統可以測量位移和力之間的關系；當人工肌肉的位移恒定時，測試系統可以測量氣壓和力之間的關系；當人工肌肉提供的力恒定時，測試系統可以測量氣壓和位移之間的關系。該測試系統也可以通過多個傳感器的反饋信息進行控制，使驅動裝置執行相應動作從而測出人工肌肉的動態特性。

技術領域

本發明屬于氣動人工肌肉測試技術領域，特別涉及一種直線型氣動人工肌肉測試系統。

背景技術

氣動人工肌肉(PAM)是一種柔性驅動器，具有重量輕、柔性強、無污染、制作工藝簡單等優點。近年來，隨著可穿戴設備和仿生機器人技術的發展，設備穿戴的簡易輕便性，仿生機器人的控制柔順性越來越成為科研人員所關注的重點。對于不同的使用場合，氣動人工肌肉的類型也不相同，常見的有彎曲性氣動人工肌肉和直線型氣動人工肌肉，由于較高的線性度以及較強的佩戴適應性，直線型氣動人工肌肉在各個領域都得到了廣泛的應用。當前最典型的氣動肌肉為Mckibben型氣動人工肌肉，該類型氣動人工肌肉主要由彈性橡膠管、編織網和卡箍組成。當對人工肌肉充氣后，內部彈性橡膠管開始膨脹，在外面編織網的約束下，人工肌肉徑向膨脹，縱向收縮，使人工肌肉整體長度變短，提供收縮力。由于直線型氣動人工肌肉的廣泛使用，研究探索其特性顯得十分重要。關于氣動人工肌肉測試平臺的發明與研究也有了一定的發展，中國發明專利CN105445008A公開了一種氣動人工肌肉靜態特性綜合測試裝置及驅動，該測試裝置將氣動人工肌肉一端連接支撐架，一端連接拉力傳感器，拉力傳感器的另一端與氣缸的驅動端相連。氣缸通過氣缸連接板安裝在滑塊上，滑塊可以沿導軌滑動，手輪控制絲桿轉動調節滑塊的位置。該發明可以對充氣收縮型氣動人工肌肉的靜態特性進行測試。中國發明專利CN103940599B提出了一種氣動肌肉/氣缸綜合測試系統，該發明以無摩擦氣缸作為驅動裝置，通過分別控制無摩擦氣缸的有桿腔、無桿腔和氣動肌肉的氣壓，實現充氣收縮型氣動肌肉的靜態測試。該測試系統只能對某一特定型號的氣動人工肌肉進行靜態測試。

對于現有關于直線型氣動人工肌肉測試平臺的研究，存在自身的局限性，首先是對于描述直線型氣動人工肌肉特性的氣壓、變形量以及力的測量，現有的測試平臺無法完全的測量，特別是恒定負載條件下，人工肌肉特性的測量；其次，現有的測試平臺由于設計以及器件的局限性，無法完成動態測試實驗，然而對于氣動人工肌肉的測量，不僅要模擬其靜態作用過程中的特性的測量，氣動肌肉的實際使用狀態為動態過程，這個過程也要進行研究和探索。基于上述需求本文設計了一類用于測試直線型氣動人工肌肉特性的平臺，能夠較好的研究靜態、動態條件下直線型氣動人工肌肉的特性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種操作簡單、適應性廣泛、測量精度高的直線型氣動人工肌肉測試系統。

本發明的技術方案如下。

本發明第一方面提供了一種直線型氣動人工肌肉測試系統，包括：傳動模塊、測量控制模塊、信號檢測模塊、信號采集模塊；其中

所述傳動模塊包括伺服電缸、支撐底架、安裝板、實驗支撐架，以及調節板；所述支撐底架和實驗支撐架通過安裝板連接，所述伺服電缸通過所述安裝板固定在所述支撐底架上；

所述測量控制模塊包括氣壓調節裝置、位移調節裝置和負載調節裝置；其用于對氣動人工肌肉內部的氣壓進行定位調節和梯度調節，以及調節氣動人工肌肉的形變和帶載；

所述信號檢測模塊包括伺服電缸相關電路、拉力傳感器，以及氣壓傳感器；所述拉力傳感器固定在所述實驗支撐架的一端；所述氣動人工肌肉一端固定在所述拉力傳感器的一端上，另一端固定在伺服電缸的活動端上；

所述信號采集模塊包括控制采集板，以及具有上位機界面的計算機。