本發(fā)明屬于力矩檢測裝置技術領域，具體涉及一種人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置。

背景技術：

機器人關節(jié)是影響機器人動靜態(tài)特性的重要部件。對于大多數(shù)傳統(tǒng)的工業(yè)機器人來講，變形的主要來源是關節(jié)變形，由此帶來一系列問題：1）嚴重影響了機器人的定位精度和軌跡精度；2）CNC 機床相比，機器人在銑削和去毛刺過程中可以發(fā)現(xiàn)嚴重的低頻顫振現(xiàn)象；3）關節(jié)柔性的引入增加了控制的難度；4）存在內(nèi)部零件剛度不一致導致的剛度非線性等。針對上述問題，Bittencourt、Erkaya、蔡鶴皋、余躍慶、何廣平和Rigatos等國內(nèi)外學者分別從關節(jié)摩擦、關節(jié)間隙、關節(jié)剛度辨識、柔性關節(jié)控制、關節(jié)阻抗控制等角度展開研究，對提高機器人關節(jié)運動精度、抖動抑制等具有明顯的促進作用，但由于這些研究主要圍繞電機驅動的關節(jié)構造模式展開，不能從根本上消除上述問題，申請人設計了一種人工肌群驅動仿生關節(jié)，但是其第一人工肌群牽引線的張力及關節(jié)力矩的檢測存在大大的問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置。

所述的人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置，設置在人工肌群驅動仿生關節(jié)的主關節(jié)與第一副關節(jié)、第二副關節(jié)之間，包括通過第一導軌和第二導軌連接的底板、第二定板、第一定板及頂板，動板通過第一帶座直線軸承及第二帶座直線軸承與兩個導軌連接，絲杠螺母固定連接在動板上，螺桿依次通過第一帶座滾動軸承、第二帶座滾動軸承及聯(lián)軸器設置在頂板、第二定板及第一定板上，絲杠螺母通過聯(lián)軸器與設置在底板上的步進電機連接，動板上設有檢測機構，檢測機構頂部設有中間繩輪，第二定板上設有左側繩輪及右側繩輪，左側繩輪及右側繩輪位于中間繩輪的兩側，三個繩輪用于安裝第一人工肌群牽引線。

所述的人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置，其特征在于檢測機構包括橫板、立板及力傳感器，橫板與立板垂直連接，中間繩輪安裝在立板頂部，力傳感器一端通過第一立柱連接在橫板一端，力傳感器另一端通過第二立柱連接在動板一端。

所述的人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置，其特征在于第二帶座滾動軸承的軸承內(nèi)圈設有與螺桿的螺紋槽匹配的鎖緊螺釘，第二定板通過鎖緊螺釘和螺紋槽與螺桿固定連接。

所述的人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置，其特征在于左側繩輪、中間繩輪和右側繩輪均為帶滑槽、滾動軸承及軸的滑輪機構，繩輪通過的軸固定，肌群牽引線依次搭設在左側繩輪、中間繩輪和右側繩輪的滑槽上。

所述的人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置，其特征在于力傳感器采用雙孔懸臂平行梁應變式力傳感器。

通過采用上述技術，本發(fā)明的有益效果如下：

1）本發(fā)明通過將中間繩輪安裝在檢測機構頂部，并將檢測機構固定在動板上，在步進電機工作下，通過聯(lián)軸器和絲杠螺母帶動動板精確地相對導軌上下移動，使第一人工肌群牽引線在左側繩輪、中間繩輪及右側繩輪中形成所需的力三角，便于檢測；

2）本發(fā)明通過將左側繩輪與右側繩輪固定在第二定板上，第二定板通過帶座滾動軸承和螺桿連接頂板，其相對頂板高度可調(diào)，以此來調(diào)節(jié)兩側定滑輪的高度，以適應不同高度拉繩力的測量，高度調(diào)節(jié)好后，通過帶座滾動軸承內(nèi)的鎖緊螺釘將其固定在螺桿上，完成定位鎖定；

3）本發(fā)明通過采用雙孔懸臂平行梁應變式力傳感器，具有精度高、易加工、結構簡單緊湊、抗偏載能力強、固有頻率高等優(yōu)點，提高其檢測精度；

4）通過按鈕與LED燈分別實現(xiàn)人為控制與信息交互；通過測力傳感器及轉換電路進行力的測量與數(shù)據(jù)傳送；通過單片機編程實現(xiàn)各部分運動的銜接及數(shù)據(jù)的讀取轉換；通過液晶屏實現(xiàn)數(shù)值顯示檢測結果；

5）本發(fā)明得到的整套力矩檢測裝置，根據(jù)力學中的力三角關系和力在柔性繩上傳力不變的原理，能在不釋放第一人工肌群牽引線張力的情況下,夾持于第一人工肌群牽引線的適當位置，測出數(shù)值，通過數(shù)學運算換算到第一人工肌群牽引線的實際張力和關節(jié)力矩，其結構簡單且小巧實用，測量精度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的另一結構示意圖；

圖3為本發(fā)明的檢測機構結構示意圖；

圖4為本發(fā)明的使用狀態(tài)參考圖。

圖中：00-人工肌群，01-散熱風扇，02-底座，03-第一副關節(jié)，04-第二副關節(jié)，05-第二人工肌群牽引線，06-第一人工肌群牽引線，07-關節(jié)力矩檢測裝置，08-主關節(jié)，09-主關節(jié)運動臂，10-底板，第一定板，12-動板，13-第二定板，14-頂板，15-第一導軌，16-第二導軌，20第一帶座直線軸承，21-第二帶座直線軸承，22-第一帶座滾動軸承，23-第二帶座滾動軸承，30-螺桿，31-絲杠螺母，32-聯(lián)軸器，33-步進電機，40-左側繩輪，41-中間繩輪，42-右側繩輪，5-檢測機構，50-立板，51-第一立柱，52-第二立柱，53-橫板，54-力傳感器。

具體實施方式

以下結合說明書附圖對本發(fā)明作進一步的描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此：

如圖1-4所示，本發(fā)明的人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置，簡稱關節(jié)力矩檢測裝置07，設置在人工肌群驅動仿生關節(jié)的主關節(jié)08與第一副關節(jié)03、第二副關節(jié)04之間，包括通過第一導軌15和第二導軌16連接的底板10、第二定板13、第一定板11及頂板14，動板12通過第一帶座直線軸承20及第二帶座直線軸承21與兩個導軌連接，絲杠螺母31固定連接在動板12上，螺桿30依次通過第一帶座滾動軸承22、第二帶座滾動軸承23及聯(lián)軸器32設置在頂板14、第二定板13及第一定板11上，第二帶座滾動軸承23的軸承內(nèi)圈設有與螺桿30的螺紋槽匹配的鎖緊螺釘，第二定板13通過鎖緊螺釘和螺紋槽與螺桿30固定連接；絲杠螺母31通過聯(lián)軸器32與設置在底板10上的步進電機33連接，動板12上設有檢測機構5，檢測機構5頂部設有中間繩輪41，第二定板13上設有左側繩輪40及右側繩輪42，左側繩輪40及右側繩輪42位于中間繩輪41的兩側，三個繩輪用于安裝第一人工肌群牽引線06。

如圖3所示，本發(fā)明的檢測機構5包括橫板53、立板50及力傳感器54，橫板53與立板50垂直連接，中間繩輪41安裝在立板50頂部，力傳感器54一端通過第一立柱51連接在橫板53一端，力傳感器54另一端通過第二立柱52連接在動板12一端。

本發(fā)明的左側繩輪40、中間繩輪41和右側繩輪42均為帶滑槽、滾動軸承及軸的滑輪機構，繩輪通過的軸固定，肌群牽引線06從第一副關節(jié)03出來后，依次穿過左側繩輪40的滑槽頂部、中間繩輪41的滑槽底部和右側繩輪42的滑槽頂部，再繞到主關節(jié)8上。

如圖所示，本發(fā)明的力傳感器54采用雙孔懸臂平行梁應變式力傳感器，其工作原理是：將應變片粘貼到受力力敏型彈性元件上，當彈性元件受力產(chǎn)生變形時，應變片產(chǎn)生相應的應變，轉化成電阻變化。將應變片接成的電橋，力引起的電阻變化將轉換為測量電路的電壓變化，通過測量輸出電壓的數(shù)值，再通過換算即可得到所測量肌群牽引線張緊力，再乘以力臂就可得到關節(jié)力矩。

如圖4所示，本發(fā)明的檢測對象是由一系列人工肌肉致動單元經(jīng)過串并聯(lián)組合而成的人工肌群00，人工肌群00側面設有散熱風扇01，人工肌群00通過立板安裝在底座02上，人工肌群00包括并聯(lián)的兩組，一組連接第一副關節(jié)03，另一組連接第二副關節(jié)04，兩組副關節(jié)分別通過第一人工肌群牽引線06和第二人工肌群牽引線05連接到主關節(jié)08，通過主關節(jié)08帶動主關節(jié)運動臂09運動，本發(fā)明實施例中采用SMA彈簧，人工肌群00經(jīng)過第一副關節(jié)03和第二肌群牽引線06、第一副關節(jié)04和第一肌群牽引線05，驅動主關節(jié)08旋轉，帶動關節(jié)運動臂09運動，本發(fā)明的關節(jié)力矩檢測裝置安裝在正、副關節(jié)之間，完成對關節(jié)力矩的在線檢測工作。

如圖1-4所示，本發(fā)明的使用過程如下：

步驟1，如圖4所示，將本發(fā)明的人工肌群驅動仿生關節(jié)的力矩檢測裝置安裝在人工肌群驅動的仿生關節(jié)上，第一人工肌群牽引線06依次從左側繩輪40槽的底部穿過，再從中間繩輪41槽的上面繞下，最后從右側繩輪42槽的底部穿出，相對位置如圖3所示；

步驟2，初始條件下，左側繩輪40、中間繩輪41和右側繩輪42的中心在一條直線或者接近一條直線上，需要檢測關節(jié)力矩時，步進電機33啟動；

步驟3，在步進電機33驅動下，通過聯(lián)軸器32和絲杠螺母31帶動動板12精確地在第一導軌15和第二導軌16作上下運動，檢測機構5在動板12帶動下也作相對第二定板13向下運動，使中間繩輪41和左側繩輪40、右側繩輪42在豎直方向錯開一定距離，使第一人工肌群牽引線06在左側繩輪40、中間繩輪41及右側繩輪42中形成所需的力三角；

步驟4，在第一人工肌群牽引線06的作用下，中間繩輪41、立板50、橫板53、第一立柱51和第二立柱52對力傳感器54施加扭矩，通過采集力傳感器54的電信號，由轉換電路進行力的測量與數(shù)據(jù)傳送，通過單片機編程實現(xiàn)各部分運動的銜接及數(shù)據(jù)的讀取轉換，數(shù)據(jù)通過與單片機控制板連接的液晶屏顯示數(shù)值，得到第一人工肌群牽引線06的張緊力；

步驟5，步驟4得到的張緊力乘以該關節(jié)的驅動力臂，即可得到關節(jié)力矩。