[發明專利]一種繩驅機械臂繩索與過孔摩擦系數標定系統與方法

有效

• 申請號: 202010033753.8
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111175223B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 王學謙;孟得山;梁斌;黃少平;王睿祺;徐文福
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種繩驅機械臂繩索與過孔摩擦系數標定系統與方法，該系統包括配重物、滑輪、繩索、通過十字軸連接的兩個繩驅機械臂關節、機械臂固定基座、拉力計、拉力計固定基座以及工作臺，經設置滑輪將配重物的垂直方向的拉力轉換成水平方向的拉力，兩個繩驅機械臂關節的軸心平行于水平面，其中前端機械臂關節中軸線方向與繩索方向平行，繩索與前端機械臂關節的過孔無摩擦，后端機械臂關節的軸向與拉力計的拉伸方向與平行，十字軸豎直方向固定，只能在水平方向偏轉，其中，根據繩索的前端方向與拉力計的拉力方向確定繩索偏轉角度，并根據配重物的重量、拉力計的拉力值以及偏轉角度計算摩擦系數。該標定系統與方法能夠實現繩驅機械臂摩擦系數的準確標定。

技術領域

本發明涉及一種繩驅機械臂繩索與過孔摩擦系數標定系統與方法。

背景技術

繩驅機械臂為了保證整臂的輕量化和靈活性，往往采用繩驅這種驅動源后置的設計方案。這類設計使用多組繩索提供機械臂關節運動所需的驅動力和力矩，具有輕量、靈活、柔順等優勢，特別適合于狹小空間下的避障作業。繩驅機械臂可以穿越航天器的桁架結構和組件間隙，深入到結構內部進行探測、維修等任務。因此，繩驅機械臂的靈活性、柔順性和細長特點使得其在空間狹小復雜環境中具有廣闊的應用前景。

繩驅機械臂模型如圖1所示。該繩驅機械臂主要由若干個關節組成，關節之間采用十字軸進行連接，如圖2所示，其中具有三根繩索L1-L3。

繩驅機械臂由于繩索驅動的特點，不可避免地需要考慮繩索與過孔之間的摩擦力。摩擦力對繩驅機械臂控制效果非常重要，精確的摩擦系數標定是提高繩驅機械臂的控制精度的有力保證。現有的方案只能采用兩種材料之間的接觸摩擦來確定摩擦系數，但該摩擦系數的測量方式往往實在平面上測量，與繩索驅動的繩驅機械臂有著較大的區別，因此不能檢測繩索穿過孔的摩擦系數。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的上述缺陷，提供一種繩驅機械臂繩索與過孔摩擦系數標定系統與方法，以準確檢測繩索穿過孔的摩擦系數。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種繩驅機械臂繩索與過孔摩擦系數標定系統，包括配重物、滑輪、繩索、通過十字軸連接的兩個繩驅機械臂關節、機械臂固定基座、拉力計、拉力計固定基座以及工作臺，所述配重物懸掛在所述繩索的前端，所述繩索經過所述滑輪后穿過所述兩個繩驅機械臂關節的過孔，所述繩索的后端固定在所述拉力計上，所述滑輪安裝在所述工作臺上，所述兩個繩驅機械臂關節和所述拉力計分別通過所述機械臂固定基座和所述拉力計固定基座固定在所述工作臺上，經設置所述滑輪將所述配重物的垂直方向的拉力轉換成水平方向的拉力，所述兩個繩驅機械臂關節的軸心平行于水平面，其中前端機械臂關節中軸線方向與繩索方向平行，所述繩索與前端機械臂關節的過孔無摩擦，后端機械臂關節的軸向與所述拉力計的拉伸方向與平行，所述十字軸豎直方向固定，只能在水平方向偏轉，其中，根據所述繩索的前端方向與所述拉力計的拉力方向確定所述繩索經過所述兩個繩驅機械臂關節后的偏轉角度，并根據所述配重物的重量、所述拉力計的拉力值以及所述偏轉角度計算繩驅機械臂繩索與過孔摩擦系數。

進一步地：

所述偏轉角度不超過16°。

所述拉力計固定基座上設置有多個安裝孔位，用于將所述拉力計先后固定在水平方向的不同位置，改變所述拉力計的拉力方向，以在不同的所述偏轉角度下測量摩擦系數。

所述拉力計固定基座為扇形，每個安裝孔位具有四個圍成長方形的孔，與所述拉力計的背面螺絲孔對應，各安裝孔位沿扇形的圓弧方向間隔分布。

一種繩驅機械臂繩索與過孔摩擦系數標定方法，使用所述的標定系統進行繩驅機械臂繩索與過孔摩擦系數標定。

進一步地：

根據下式計算摩擦系數：