[發明專利]一種柔索驅動康復機器人用鋼絲繩性能測試裝置及其測試方法

有效

• 申請號: 202011102170.2
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112268798B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 訾斌;柳文豪;王正雨;周斌;錢森
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02;G01L5/00;G01B21/02
• 代理公司: 合肥三川專利代理事務所(普通合伙) 34150
• 代理人: 潘光亮

本發明公開了一種柔索驅動康復機器人用鋼絲繩性能測試裝置及其測試方法，包括有垂直滑輪模塊、水平滑輪模塊、測量模塊、驅動模塊，垂直滑輪模塊為一個且位于中部，水平滑輪模塊、測量模塊和驅動模塊均為兩個且呈鏡像對稱，鋼絲繩從驅動側依次穿過驅動模塊、測量模塊、水平滑輪模塊、垂直滑輪模塊至負載側的水平滑輪模塊、測量模塊、驅動模塊，測量模塊上安裝有用于檢測鋼絲繩拉力的拉力傳感器部件以及檢測鋼絲繩位移的拉繩傳感器部件，結合傳感器部件的檢測結果用于鋼絲繩與滑輪不同包角對鋼絲繩性能的影響分析。本發明可以完成鋼絲繩的往復對拉實驗，尤其是可以實時檢測鋼絲繩拉力與繩段位移，具有較好的檢測實時性與多樣性。

技術領域：

本發明涉及柔索驅動領域，主要涉及一種柔索驅動康復機器人用鋼絲繩性能測試裝置及其測試方法。

背景技術：

柔索驅動機器人與傳統關節式機器人的主要區別在于，柔索驅動機器人通過鋼絲繩將電機產生的動力傳遞至末端執行器。柔索驅動康復機器人是通過多根并聯鋼絲繩驅動康復裝置，協助患者完成相應部位的康復運動訓練。鋼絲繩是柔索驅動康復機器人的重要部件，鋼絲繩的性能直接決定了機器人末端執行器的位置精度以及傳動力精度，決定著康復訓練的有效性與安全性。康復訓練中，若鋼絲繩發生故障，可能會導致康復訓練失敗甚至會給患者帶來二次傷害。因此，驅動鋼絲繩的性能檢測在整個柔索驅動康復機器人研發中有著極其重要的地位。

現有的鋼絲繩性能測試平臺大多面向礦井、橋梁、起重等工程中所用的大直徑鋼絲繩，多數采用液壓、氣壓驅動，不適用與機器人中所用到的小直徑鋼絲繩。而且在鋼絲繩的拉力與伸長量檢測上具有一定的缺陷。例如，申請號為CN201920804845.4的中國實用新型專利：鋼絲繩拉伸疲勞試驗裝置。此實驗機器面向的是大直徑鋼絲繩，且檢測鋼絲繩位移的傳感器屬于間接測量鋼絲繩位移，存在一定誤差。再如，申請號為CN201910433785.4的中國發明專利：一種手術器械用鋼絲繩性能測試裝置及方法。此裝置雖具備小直徑鋼絲繩的性能檢測能力，但是在裝置整體上缺少對鋼絲繩長度的檢測裝置，需要試驗前后將鋼絲繩卸下再手動進行長度測量，較為不便。且鋼絲繩纏繞方式單一，無法改變鋼絲繩與滑輪的包角，無法模擬鋼絲繩多種受力狀態。因此，研發一款新型的可以實時檢測小直徑鋼絲繩拉力以及繩段位移的試驗裝置及方法尤為重要。

本發明設計的一種柔索驅動康復機器人用鋼絲繩性能測試裝置及方法，采用兩臺力矩電機產生動力，其中一臺力矩電機模擬負載，另一臺力矩電機對鋼絲繩產生驅動力。工作時同一臺力矩電機前半個拉伸周期內力矩電機擔任負載(或驅動)，后半個拉伸周期內擔任驅動(或負載)，一個拉伸周期完成一次往復對拉。同時利用定滑輪受力測量鋼絲繩實時拉力，并巧妙設計結構，利用拉繩傳感器直接測量鋼絲繩位移。且使中間定滑輪組可以移動，改變鋼絲繩與滑輪包角，模擬多種工作場景下對鋼絲繩性能的檢測。

發明內容：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種柔索驅動康復機器人用鋼絲繩性能測試裝置及其測試方法，可以完成鋼絲繩的往復對拉實驗，尤其是可以實時檢測鋼絲繩拉力與繩段位移，并能夠模擬多種情況下的鋼絲繩與滑輪之間的包角，具有較好的檢測實時性與多樣性。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種柔索驅動康復機器人用鋼絲繩性能測試裝置，包括有模擬柔索驅動康復機器人用鋼絲繩牽引方向的垂直滑輪模塊和水平滑輪模塊，用于測量鋼絲繩的拉力與位移的測量模塊，用于給鋼絲繩拉伸模擬驅動拉力和負載阻力的驅動模塊，所述垂直滑輪模塊為一個且位于中部，所述水平滑輪模塊、測量模塊和驅動模塊均為兩個，兩所述水平滑輪模塊、測量模塊和驅動模塊分別位于垂直滑輪模塊的兩側且呈鏡像對稱，鋼絲繩從驅動側依次穿過驅動模塊、測量模塊、水平滑輪模塊、垂直滑輪模塊至負載側的水平滑輪模塊、測量模塊、驅動模塊，所述測量模塊上安裝有用于檢測鋼絲繩拉力的拉力傳感器部件以及檢測鋼絲繩位移的拉繩傳感器部件，通過垂直滑輪模塊以及兩測的水平滑輪模塊的配合改變滑輪的水平位置以及垂直位置來改變鋼絲繩與滑輪之間的包角，結合傳感器部件的檢測結果用于鋼絲繩與滑輪不同包角對鋼絲繩性能的影響分析。