本實(shi)用(yong)新(xin)型涉及一(yi)種高精度空(kong)間機(ji)械(xie)臂(bei)關節(jie)性能參數標定平(ping)臺，具體(ti)說涉及一(yi)種用(yong)于空(kong)間機(ji)械(xie)臂(bei)關節(jie)定位精度、扭轉剛度、阻(zu)尼等性能參數測量的關節(jie)標定平(ping)臺。

背景技術：

針對(dui)空間機(ji)械臂關(guan)(guan)節(jie)精(jing)(jing)度(du)指標要(yao)求，搭(da)建高精(jing)(jing)度(du)關(guan)(guan)節(jie)測試實(shi)驗平(ping)臺，對(dui)機(ji)械臂關(guan)(guan)節(jie)速度(du)、扭矩、定位精(jing)(jing)度(du)、輸出回差(cha)、傳動比、扭轉剛(gang)度(du)及關(guan)(guan)節(jie)阻尼等(deng)性(xing)能(neng)進行實(shi)驗測試，并(bing)規范化關(guan)(guan)節(jie)性(xing)能(neng)指標測試流程(cheng)，為機(ji)械臂關(guan)(guan)節(jie)結構設(she)計、關(guan)(guan)節(jie)控制(zhi)參數優化、關(guan)(guan)節(jie)動力(li)學仿真(zhen)模型以(yi)及關(guan)(guan)節(jie)半實(shi)物仿真(zhen)環(huan)境搭(da)建提供有力(li)數據支撐。

空間(jian)機(ji)械(xie)(xie)臂(bei)關(guan)節(jie)(jie)標定(ding)平臺可為空間(jian)機(ji)械(xie)(xie)臂(bei)關(guan)節(jie)(jie)及整臂(bei)精(jing)度(du)性能(neng)測試提(ti)(ti)供有效測量手(shou)段，在機(ji)械(xie)(xie)臂(bei)關(guan)節(jie)(jie)和整臂(bei)動力(li)學仿真模型建立過程中，提(ti)(ti)供有效的(de)(de)基礎數(shu)據(ju)支撐(cheng)，為關(guan)節(jie)(jie)控制器控制參數(shu)優化和機(ji)械(xie)(xie)臂(bei)系統誤差補償提(ti)(ti)供有效依據(ju)，為機(ji)械(xie)(xie)臂(bei)運(yun)動控制器設計(ji)提(ti)(ti)供有效依據(ju)，探索一種完(wan)善的(de)(de)多自由度(du)空間(jian)智能(neng)機(ji)構設計(ji)、仿真、驗證規范。

在空(kong)間機械臂動(dong)(dong)力學建模(mo)和(he)末端振動(dong)(dong)抑制研究中，基于(yu)柔性關節(jie)阻(zu)尼參數(shu)、多(duo)剛(gang)體(ti)動(dong)(dong)力學理論以及有限元方法(fa)建立的(de)剛(gang)柔耦合(he)多(duo)體(ti)動(dong)(dong)力學空(kong)間機械臂模(mo)型(xing)被普遍采(cai)用，因(yin)此，關節(jie)阻(zu)尼等參數(shu)的(de)精確測試對提高機械臂整體(ti)性能參數(shu)及振動(dong)(dong)抑制研究具有重要意義。

技術實現要素：

本實(shi)用新型的技術解(jie)決(jue)問題是：克服現有技術的不足(zu)，提供一種高精度空間機械(xie)臂關節(jie)阻尼標(biao)定平臺。

本(ben)實用新型的技(ji)術(shu)解(jie)決方案是：一種高精度(du)(du)空間機(ji)械臂(bei)(bei)關節(jie)性能參數標(biao)定平臺(tai)，包(bao)括光(guang)(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)(qi)、扭(niu)(niu)矩(ju)傳感(gan)器(qi)(qi)、蝸(gua)輪(lun)(lun)(lun)蝸(gua)桿加(jia)載機(ji)構、磁(ci)粉(fen)制動(dong)(dong)器(qi)(qi)、雙膜片(pian)(pian)聯軸(zhou)器(qi)(qi)以及支撐工(gong)裝；機(ji)械臂(bei)(bei)關節(jie)的輸(shu)(shu)(shu)出端通(tong)過法蘭(lan)固(gu)連輸(shu)(shu)(shu)出軸(zhou)，光(guang)(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)(qi)、扭(niu)(niu)矩(ju)傳感(gan)器(qi)(qi)、渦輪(lun)(lun)(lun)蝸(gua)桿加(jia)載機(ji)構、磁(ci)粉(fen)制動(dong)(dong)器(qi)(qi)通(tong)過支撐工(gong)裝實現沿機(ji)械臂(bei)(bei)關節(jie)的軸(zhou)向(xiang)安裝固(gu)定，光(guang)(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)(qi)內圈與(yu)法蘭(lan)或者輸(shu)(shu)(shu)出軸(zhou)連接(jie)，外(wai)圈固(gu)連在(zai)支撐工(gong)裝上(shang)，光(guang)(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)(qi)用于測量機(ji)械臂(bei)(bei)關節(jie)的轉(zhuan)動(dong)(dong)角度(du)(du)；雙膜片(pian)(pian)聯軸(zhou)器(qi)(qi)將輸(shu)(shu)(shu)出軸(zhou)與(yu)扭(niu)(niu)矩(ju)傳感(gan)器(qi)(qi)進行連接(jie)，用于測量標(biao)定時(shi)施加(jia)的扭(niu)(niu)矩(ju)；當(dang)(dang)需(xu)要手(shou)動(dong)(dong)提(ti)供變化扭(niu)(niu)轉(zhuan)力(li)矩(ju)負(fu)載加(jia)載時(shi)，將蝸(gua)輪(lun)(lun)(lun)蝸(gua)桿加(jia)載機(ji)構通(tong)過離合器(qi)(qi)與(yu)扭(niu)(niu)矩(ju)傳感(gan)器(qi)(qi)連接(jie)；當(dang)(dang)需(xu)要提(ti)供恒定的扭(niu)(niu)轉(zhuan)力(li)矩(ju)時(shi)，將磁(ci)粉(fen)制動(dong)(dong)器(qi)(qi)與(yu)扭(niu)(niu)矩(ju)傳感(gan)器(qi)(qi)連接(jie)。

當需要手動提供變化扭(niu)轉力矩負載(zai)加(jia)(jia)載(zai)時，在(zai)離合(he)器(qi)和蝸輪蝸桿加(jia)(jia)載(zai)機(ji)構之間安裝彈簧(huang)，蝸輪的輸(shu)出通過(guo)彈簧(huang)加(jia)(jia)載(zai)在(zai)離合(he)器(qi)上(shang)。

所(suo)述的蝸(gua)(gua)輪(lun)蝸(gua)(gua)桿(gan)加載(zai)機構包括蝸(gua)(gua)輪(lun)、蝸(gua)(gua)桿(gan)；蝸(gua)(gua)桿(gan)豎直方向(xiang)(xiang)固定在(zai)支撐(cheng)工裝上(shang)，蝸(gua)(gua)輪(lun)軸向(xiang)(xiang)與機械臂(bei)關節軸向(xiang)(xiang)重合，蝸(gua)(gua)輪(lun)與蝸(gua)(gua)桿(gan)的軸交角為90°；蝸(gua)(gua)桿(gan)上(shang)安(an)裝操(cao)作手(shou)柄(bing)，通過操(cao)作手(shou)柄(bing)由蝸(gua)(gua)桿(gan)帶動(dong)蝸(gua)(gua)輪(lun)轉動(dong)。

蝸桿的展開(kai)螺距角小于蝸輪蝸桿的接觸摩擦角。

本(ben)實用(yong)新(xin)型與現有技(ji)術相(xiang)比的優(you)點在于：

(1)設計了一種可用于關節阻尼特性(xing)測試的標(biao)定測試平(ping)(ping)臺，通過平(ping)(ping)臺可以對機械臂(bei)關節進行變(bian)負載和(he)恒定負載加載，并(bing)實現關節扭矩和(he)轉(zhuan)速(su)的高精度(du)測量。

(2)利用功(gong)率(lv)法對關(guan)節(jie)(jie)(jie)阻尼(ni)特性進行測定(ding)，在關(guan)節(jie)(jie)(jie)空載(zai)勻速轉動(dong)情況下，關(guan)節(jie)(jie)(jie)電機(ji)輸入能量完(wan)(wan)全由關(guan)節(jie)(jie)(jie)的電機(ji)輸入的能量完(wan)(wan)全由關(guan)節(jie)(jie)(jie)阻尼(ni)耗散，本實(shi)用新型通過穩(wen)定(ding)電機(ji)轉速和計算功(gong)率(lv)損耗的方法實(shi)現對關(guan)節(jie)(jie)(jie)動(dong)態(tai)阻尼(ni)特性的測量。

(3)設計了一(yi)套用于扭矩平穩加載的蝸(gua)輪蝸(gua)桿彈簧(huang)加載機(ji)構(gou)，使得關機(ji)扭矩平穩加載，消除關節扭矩加載過程中的振動和突變。

附圖說明

圖(tu)1為本實(shi)用新型(xing)平臺示意(yi)圖(tu)；

圖2為本實(shi)用新型彈簧加載(zai)示意圖；

圖3為(wei)本實用新型蝸(gua)輪(lun)蝸(gua)桿加載機構示(shi)意(yi)圖。

具體實施方式

下面結合(he)附(fu)圖對本方案做進一步詳細說明。如圖1所(suo)示(shi)，一種高精度空間機械臂關節阻尼標定平臺，包括光(guang)電編(bian)碼(ma)器1、扭矩傳(chuan)感器2、蝸輪蝸桿加載(zai)機構(gou)3、磁粉制動器4、雙膜片聯軸器5以(yi)及支(zhi)撐工裝(zhuang)6；

機械臂關節的(de)輸(shu)出端通(tong)過(guo)法蘭固連輸(shu)出軸(zhou)，光電編碼器(qi)1、扭(niu)矩(ju)傳(chuan)(chuan)感器(qi)2、渦輪蝸桿加(jia)載(zai)機構3、磁粉制動器(qi)4通(tong)過(guo)支撐工(gong)(gong)裝(zhuang)6實現沿(yan)機械臂關節的(de)軸(zhou)向安裝(zhuang)固定，光電編碼器(qi)1內(nei)圈與(yu)(yu)法蘭或者(zhe)輸(shu)出軸(zhou)連接，外(wai)圈固連在支撐工(gong)(gong)裝(zhuang)上(shang)，光電編碼器(qi)1用(yong)(yong)于測量機械臂關節的(de)轉(zhuan)動角(jiao)度(du)；雙(shuang)膜片聯軸(zhou)器(qi)5將(jiang)輸(shu)出軸(zhou)與(yu)(yu)扭(niu)矩(ju)傳(chuan)(chuan)感器(qi)2進(jin)行連接，用(yong)(yong)于測量標定時(shi)施加(jia)的(de)扭(niu)矩(ju)；當(dang)需(xu)要手動提(ti)(ti)供(gong)(gong)變(bian)化扭(niu)轉(zhuan)力(li)矩(ju)負載(zai)加(jia)載(zai)時(shi)，將(jiang)蝸輪蝸桿加(jia)載(zai)機構3通(tong)過(guo)離合器(qi)8與(yu)(yu)扭(niu)矩(ju)傳(chuan)(chuan)感器(qi)連接；當(dang)需(xu)要提(ti)(ti)供(gong)(gong)恒定的(de)扭(niu)轉(zhuan)力(li)矩(ju)時(shi)，將(jiang)磁粉制動器(qi)4與(yu)(yu)扭(niu)矩(ju)傳(chuan)(chuan)感器(qi)連接。

當(dang)需要(yao)手動(dong)(dong)提供變化扭轉力矩負載(zai)加載(zai)時(shi)，為(wei)了使手動(dong)(dong)通過(guo)蝸(gua)輪(lun)蝸(gua)桿(gan)機載(zai)機構加載(zai)的(de)扭矩輸出平(ping)穩，如(ru)圖2所示，在(zai)離合器(qi)和蝸(gua)輪(lun)蝸(gua)桿(gan)加載(zai)機構3之(zhi)間安裝彈簧7，蝸(gua)輪(lun)的(de)輸出通過(guo)彈簧7加載(zai)在(zai)離合器(qi)上(shang)。

如圖3所(suo)示(shi)，蝸(gua)輪(lun)蝸(gua)桿(gan)加載機構3包括蝸(gua)輪(lun)31、蝸(gua)桿(gan)32；蝸(gua)桿(gan)32豎直方(fang)向固定在(zai)支撐工裝6上，蝸(gua)輪(lun)31軸(zhou)向與(yu)(yu)機械臂(bei)關節軸(zhou)向重合(he)，蝸(gua)輪(lun)與(yu)(yu)蝸(gua)桿(gan)的軸(zhou)交角為90°；蝸(gua)桿(gan)32上安裝操作手柄，通過操作手柄由蝸(gua)桿(gan)32帶動蝸(gua)輪(lun)31轉(zhuan)(zhuan)動。為了保證變(bian)化(hua)負載加載過程中，扭轉(zhuan)(zhuan)力矩(ju)能(neng)穩定在(zai)某一測量范圍內的確定扭轉(zhuan)(zhuan)力矩(ju)值(zhi)，使蝸(gua)桿(gan)32的展開(kai)螺距(ju)角小于蝸(gua)輪(lun)蝸(gua)桿(gan)的接觸摩擦角。

通過光電碼盤(pan)可(ke)以(yi)(yi)對關(guan)節(jie)定位精度、關(guan)節(jie)速度、關(guan)節(jie)阻(zu)尼特性的準確標定和測(ce)量，通過扭(niu)矩(ju)傳感器可(ke)以(yi)(yi)實現(xian)關(guan)節(jie)反轉扭(niu)矩(ju)的測(ce)量。

關節(jie)標定測(ce)量時(shi)，采用(yong)(yong)標定平(ping)臺關節(jie)輸出端安(an)裝光電(dian)碼盤(pan)，以測(ce)量其(qi)輸出轉(zhuan)角，利(li)用(yong)(yong)蝸輪蝸桿對(dui)關節(jie)施加轉(zhuan)矩。利(li)用(yong)(yong)扭矩傳(chuan)感(gan)器測(ce)得轉(zhuan)矩值M，利(li)用(yong)(yong)高精度(du)碼盤(pan)測(ce)量關節(jie)在(zai)轉(zhuan)矩作用(yong)(yong)下的(de)轉(zhuan)角A，則機械臂關節(jie)轉(zhuan)動剛度(du)為M/A。

機(ji)(ji)械臂(bei)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)具(ju)有(you)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)變壓器，可以準確地測量關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)輸(shu)入(ru)轉(zhuan)角；采用標定(ding)平臺光(guang)電(dian)(dian)碼盤準確地測量關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)角。控制機(ji)(ji)械臂(bei)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)機(ji)(ji)向一個方向旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)，達到穩定(ding)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)狀態后，可以認(ren)為關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)輸(shu)出(chu)回差(cha)(cha)在機(ji)(ji)械臂(bei)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)傳動鏈的(de)(de)一側邊(bian)緣被壓緊。然后讓關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)機(ji)(ji)立即(ji)反(fan)轉(zhuan)，由于機(ji)(ji)械臂(bei)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)輸(shu)出(chu)回差(cha)(cha)的(de)(de)存在，機(ji)(ji)械臂(bei)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)機(ji)(ji)無法立即(ji)帶動關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)輸(shu)出(chu)端，關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)動將(jiang)會出(chu)現一段(duan)停滯。這段(duan)停滯所反(fan)映的(de)(de)就是機(ji)(ji)械臂(bei)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)輸(shu)出(chu)回差(cha)(cha)。當關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)輸(shu)出(chu)回差(cha)(cha)在另一側邊(bian)緣被壓緊時(shi)，關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)輸(shu)出(chu)端會再(zai)次(ci)被關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)電(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)轉(zhuan)動所帶動。

通(tong)過標(biao)定平臺光電碼(ma)盤(pan)對(dui)關節轉動(dong)實際角(jiao)度的測量(liang)與名義(yi)轉動(dong)角(jiao)度對(dui)比，可以計算關節傳動(dong)比：

按照如下方(fang)法計算關節的(de)輸(shu)出(chu)回差：

d＝φ/μr

其(qi)中(zhong)，d為關節輸出回差，φ為關節輸出轉(zhuan)動(dong)停滯時段內關節電機轉(zhuan)動(dong)的角(jiao)度，μr為關節傳動(dong)比(bi)。

這(zhe)種標(biao)(biao)定關(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)輸(shu)出(chu)(chu)回差(cha)(cha)的(de)(de)方法對于(yu)大(da)(da)傳(chuan)(chuan)動(dong)比(bi)(bi)的(de)(de)關(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)是非常(chang)準確的(de)(de)。原(yuan)因(yin)(yin)有二：一(yi)是因(yin)(yin)為(wei)大(da)(da)傳(chuan)(chuan)動(dong)比(bi)(bi)導致(zhi)填補(bu)輸(shu)出(chu)(chu)回差(cha)(cha)所需的(de)(de)關(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)電(dian)機轉角較大(da)(da)，測量誤差(cha)(cha)就會隨之減小；二是因(yin)(yin)為(wei)大(da)(da)傳(chuan)(chuan)動(dong)比(bi)(bi)導致(zhi)關(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)輸(shu)出(chu)(chu)端(duan)(duan)旋(xuan)轉非常(chang)緩(huan)慢，充分(fen)抑制了關(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)輸(shu)出(chu)(chu)端(duan)(duan)的(de)(de)慣性對于(yu)回差(cha)(cha)標(biao)(biao)定的(de)(de)影響。待標(biao)(biao)定關(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)傳(chuan)(chuan)動(dong)比(bi)(bi)超過了3000，屬于(yu)傳(chuan)(chuan)動(dong)比(bi)(bi)非常(chang)大(da)(da)的(de)(de)關(guan)節(jie)(jie)(jie)(jie)。同(tong)樣，標(biao)(biao)定過程需要多次重復進行，才能得到真實(shi)可信的(de)(de)結(jie)果。可以(yi)利用3σ原(yuan)理進行標(biao)(biao)定。

本說明書中未詳細描述(shu)的(de)內(nei)容(rong)屬于本領域(yu)專業技(ji)術人員(yuan)的(de)公知技(ji)術。