本發(fā)明適用于特種服裝檢測領(lǐng)域，特別涉及一種三自由度服裝耗能測試機(jī)器人裝置及耗能測試方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，功能性服裝得到了越來越多的應(yīng)用，并獲得了飛速發(fā)展。如，運(yùn)動比賽中激烈的競爭不僅是運(yùn)動員水平的較量，同時(shí)也是科技水平的比拼，這就對經(jīng)濟(jì)服裝提出了更高的要求。此外，功能性對于醫(yī)療、軍隊(duì)、航空航天等特種服裝來說，同樣具有重要的意義。服裝耗能是一項(xiàng)人們十分關(guān)注的重要指標(biāo)。在人體運(yùn)動過程中，服裝相當(dāng)于人體的負(fù)載，對人體所做的負(fù)功就是服裝耗能，主要表現(xiàn)包括服裝質(zhì)心運(yùn)動的動能、服裝與空氣摩擦產(chǎn)生的熱能、服裝相對于人體華東產(chǎn)生的動能、服裝與人體的摩擦產(chǎn)生的熱能、服裝受人體作用力變形而產(chǎn)生的彈性勢能等。

目前，在大多數(shù)服裝的研究中，人們大多關(guān)注于服裝面料、表面形狀，力求減少運(yùn)動時(shí)的空氣阻力等，但是在如何對服裝系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價(jià)，從而能夠客觀全面地反映減重情況、舒適性、體能消耗情況等就成了一個(gè)亟待解決的重要科學(xué)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過對特種服裝，如飛行員克服裝備做功進(jìn)行綜合評價(jià)，從體能消耗情況來客觀、定量反應(yīng)裝備穿戴的舒適性，為飛行員裝備系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要的科學(xué)依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種三自由度服裝耗能測試機(jī)器人裝置，包括頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)、頭部電機(jī)、上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)、傳送帶、直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)、下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)，所述頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)固定在上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)手臂固定支架處，所述頭部電機(jī)固定在所述頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)L形固定板上，所述上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)固定在所述下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)方形框上，所述傳送帶固定在所述上、下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)的同步帶輪上，所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)與所述下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)連接。

優(yōu)選的，所述頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括方形運(yùn)動框、左側(cè)L形固定板、右側(cè)L形固定板、圓盤、銷，所述左側(cè)L形固定板與右側(cè)L形固定板用螺釘通過孔和孔固定在所述上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，所述頭部電機(jī)通過孔與螺紋孔用螺栓固定在所述左側(cè)L形固定板上，所述圓盤上有兩個(gè)螺紋孔一個(gè)通孔，在圓盤突起處有一個(gè)孔，所述圓盤通過通孔套入所述頭部電機(jī)的軸上，通過孔用螺釘緊固，所述方形運(yùn)動框上分布四個(gè)螺紋孔兩個(gè)孔圓孔，用螺釘與孔螺紋孔將所述方形運(yùn)動框與所述圓盤連接，所述右側(cè)L形固定板上焊有銷，所述圓孔套在所述銷上，所述四個(gè)螺紋孔用于安裝服裝模特假人頭部；

優(yōu)選的，所述上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括手臂軸固定支架、軀干固定支架，同步帶輪、軸承、軸承端蓋、螺母、圓盤、手臂擺桿、銷、手臂軸、卡簧、軸承、螺母、手臂固定軸，所述同步帶輪、軸承、軸承端蓋、螺母、圓盤、手臂擺桿、銷、卡簧、軸承、螺母均與另一側(cè)相同且結(jié)構(gòu)相同，所述軸承卡在槽內(nèi)，并通過孔與螺紋孔將軸承用螺釘鎖死，孔直徑稍大所述手臂軸，將手臂固定軸穿過所述孔并通過孔套入同步帶輪放置在合適的位置，用螺釘通過孔將同步帶輪緊固，將圓盤套入所述手臂軸的臺階處并焊接，孔貫穿所述軀干固定支架且與軸的直徑相同，將所述手臂固定軸穿過所述孔，兩端用所述卡簧通過孔卡在槽處，將所述軸承卡在臺階處，把所述手臂擺桿通過孔套在所述軸承上，用所述螺母在軸頭處擰緊，將所述銷同時(shí)穿過滑槽與孔，并用螺母在所述銷末端螺紋處鎖緊，所述手臂軸固定支架與所述軀干固定支架通過左右兩側(cè)分布的四個(gè)孔用螺釘螺母擰緊固定，螺紋孔用于安裝服裝模特假人手臂；

優(yōu)選的，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全新的三自由度服裝耗能測試機(jī)器人裝置，其特征在于，所述下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括方形框、螺母、圓盤、銷、腿部軸、腿部固定軸、螺母、軸承、腿部擺桿、卡簧、同步帶輪、支撐座，所述方形框下方有一圓孔，四周均布四個(gè)孔，所述螺母、圓盤、銷、螺母、軸承、腿部擺桿、卡簧、同步帶輪均與另一側(cè)相同且結(jié)構(gòu)相同，所述將所述圓孔穿過所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)，將所述四個(gè)孔與四個(gè)孔對正后用螺釘螺母連接，所述腿部軸固定在所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)內(nèi)，所述同步帶輪通過孔穿在所述腿部軸上，用螺栓穿過孔并擰緊固定在所述腿部軸的合適位置上，將所述

圓盤通過孔固定在臺階處并焊接，所述支撐座通過螺釘螺母與所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)連接，將所述腿部固定軸穿過孔，并在兩側(cè)用所述卡簧穿過孔卡在槽處將軸固定，將所述軸承放置在臺階處卡住，將所述腿部擺桿通過孔套在所述軸承上，并用所述螺母在軸頭處擰緊，將所述銷同時(shí)穿過滑槽與孔，用所述螺母在所述銷末端螺紋處擰緊，螺紋孔用于安裝服裝模特假人腿部。

優(yōu)選的，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度服裝耗能測試機(jī)器人裝置，其特征在于，所述電控柜(7)包括框架(7-1)，啟停按鈕(7-2)、頭部電機(jī)調(diào)速旋鈕(7-3)、直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)調(diào)速旋鈕(7-4)、頭部電機(jī)調(diào)速器(7-5)、直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)調(diào)速器(7-6)、電機(jī)電源(7-7)；

優(yōu)選的，根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度服裝耗能測試機(jī)器人裝置的服裝耗能測試方法，其特征在于，本發(fā)明通過將機(jī)器人裝置放入服裝模特假人體腔內(nèi)，帶動模特假人頭部、上下肢實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)動，同時(shí)采集頭部電機(jī)(2)、直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)(5)的電流電壓值，在軟件中將采集到的電流電壓值通過數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值相乘，并對時(shí)間進(jìn)行積分，分別得到空載和穿著服時(shí)機(jī)器人運(yùn)動過程中耗能的瞬時(shí)功率和總功，最后通過計(jì)算，得出服裝樣品的單位時(shí)間內(nèi)的耗能值。頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)、上下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)分別由各自的直流調(diào)速電機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的各自運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)頭盔、衣服、褲子一整套服裝耗能的測量，也可以進(jìn)行頭盔、衣服、褲子各部分服裝耗能的獨(dú)立測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖爆炸圖；

圖3是頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；

圖4是上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；

圖5是上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)部分，軸承端蓋外形；

圖6是上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)部分，手臂軸固定支架補(bǔ)充圖；

圖7是上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)部分，手臂擺桿補(bǔ)充圖；

圖8是下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；

圖9是下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)部分，支撐座外形。

圖10是電控柜示意圖1；

圖11是電控柜示意圖2。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖所示，一種三自由度服裝耗能測試機(jī)器人裝置，包括頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)1、頭部電機(jī)2、上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)3、傳送帶4、直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)5、下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)6，所述頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)1用螺釘螺母通過兩個(gè)孔1-23、兩個(gè)孔1-32和四個(gè)孔3-11固定在所述軀干運(yùn)動機(jī)構(gòu)3處，所述頭部電機(jī)2通過螺栓和孔1-21固定在所述頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)1L形固定板1-2處，所述軀干運(yùn)動機(jī)構(gòu)3用螺栓螺母通過孔3-23與孔7-12與所述下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)7的方形框固定，所述傳送帶4分別通過所述上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)3與下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)7的同步帶輪3-3和同步帶輪7-7固定，所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)5與所述下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)6連接，所述頭部運(yùn)動機(jī)構(gòu)1包括方形運(yùn)動框1-1、左側(cè)L形固定板1-2、右側(cè)L形固定板1-3、圓盤1-4、銷1-5，所述左側(cè)L形固定板1-2與右側(cè)L形固定板1-3用螺釘通過孔1-23和孔1-32固定在所述上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)3上，所述頭部電機(jī)2通過孔1-21與螺紋孔2-1用螺栓固定在所述左側(cè)L形固定板1-2上，所述圓盤1-4上有兩個(gè)螺紋孔1-41一個(gè)通孔1-42，在圓盤突起處有一個(gè)孔1-43，所述圓盤通過通孔1-42套入所述頭部電機(jī)的軸上，通過孔1-43用螺釘緊固，所述方形運(yùn)動框1-1上分布四個(gè)螺紋孔1-11兩個(gè)孔1-12圓孔1-13，用螺釘與孔1-12螺紋孔1-41將所述方形運(yùn)動框1-1與所述圓盤1-4連接，所述右側(cè)L形固定板1-3上焊有銷1-31，所述圓孔1-13套在所述銷1-31上，所述四個(gè)螺紋孔1-11用于固定服裝模特模型頭部，所述上肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)3包括手臂軸固定支架3-1、軀干固定支架3-2，同步帶輪3-3、軸承

3-4、軸承端蓋3-5、螺母3-6、圓盤3-7、手臂擺桿3-8、銷3-9、手臂軸3-10、卡簧3-11、軸承3-12、螺母3-13、手臂固定軸3-14，所述同步帶輪3-3、軸承3-4、軸承端蓋3-5、螺母3-6、圓盤3-7、手臂擺桿3-8、銷3-9、卡簧3-11、軸承3-12、螺母3-13均與另一側(cè)相同且結(jié)構(gòu)相同，所述軸承3-4卡在槽3-14內(nèi)，并通過孔3-51與螺紋孔3-15將軸承用螺釘鎖死，孔3-13直徑稍大所述手臂軸3-10，將手臂固定軸3-10穿過所述孔3-13并通過孔3-32套入同步帶輪放置在合適的位置，用螺釘通過孔3-31將同步帶輪緊固，將圓盤3-7套入所述手臂軸3-10的臺階3-101處并焊接，孔3-21貫穿所述軀干固定支架3-2且與軸的直徑相同，將所述手臂固定軸3-10穿過所述孔3-21，兩端用所述卡簧3-11通過孔3-111卡在槽3-143處，將所述軸承3-4卡在臺階3-142處，把所述手臂擺桿3-8通過孔3-82套在所述軸承3-4上，用所述螺母3-13在軸頭3-141處擰緊，將所述銷3-9同時(shí)穿過滑槽3-81與孔3-72，并用螺母3-6在所述銷3-9末端螺紋處鎖緊，所述手臂軸固定支架3-1與所述軀干固定支架3-2通過左右兩側(cè)分布的四個(gè)孔3-22用螺釘螺母擰緊固定，螺紋孔3-83用于固定服裝模特手臂模型，所述下肢運(yùn)動機(jī)構(gòu)6包括方形框6-1、螺母6-2、圓盤6-3、銷6-4、腿部軸6-5、腿部固定軸6-6、螺母6-7、軸承6-8、腿部擺桿6-9、卡簧6-10、同步帶輪6-11、支撐座6-12，所述方形框6-1下方有一圓孔6-11，四周均布四個(gè)孔6-13，所述螺母6-2、圓盤6-3、銷6-4、螺母6-7、軸承6-8、腿部擺桿6-9、卡簧6-10、同步帶輪6-11均與另一側(cè)相同且結(jié)構(gòu)相同，所述將所述圓孔6-11穿過所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)5，將所述四個(gè)孔6-13與四個(gè)孔5-1對正后通過螺釘螺母連接，所述腿部軸6-5固定在所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)5內(nèi)，所述同步帶輪6-11通過孔6-111穿在所述腿部軸6-5上，用螺栓穿過孔6-112并擰緊固定在所述腿部軸6-5的合適位置上，將所述圓盤6-3通過孔6-32固定在臺階6-51處并焊接，所述支撐座6-12通過螺釘螺母與所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)5連接，將所述腿部固定軸6-6穿過孔6-121，并在兩側(cè)用所述卡簧6-10穿過孔6-101卡在槽6-63處將軸固定，將所述軸承6-8放置在臺階6-62處卡住，將所述腿部擺桿6-9通過孔6-92套在所述軸承6-8上，并用所述螺母6-2在軸頭6-61處擰緊，將所述銷6-4同時(shí)穿過滑槽6-91與孔6-31，用所述螺母6-2在所述銷6-4末端螺紋處擰緊，螺紋孔6-93用于安裝服裝模特假人腿部。

所述電控柜7包括框架7-1，啟停按鈕7-2、頭部電機(jī)調(diào)速旋鈕7-3、直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)調(diào)速旋鈕7-4、頭部電機(jī)調(diào)速器7-5、上下肢運(yùn)動電機(jī)調(diào)速器7-6、電機(jī)電源7-7。所述框架7-1用于支撐和封裝啟停按鈕7-2、頭部電機(jī)調(diào)速旋鈕7-3、直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)調(diào)速旋鈕7-4、頭部電機(jī)調(diào)速器7-5、上下肢運(yùn)動電機(jī)調(diào)速器7-6、電機(jī)電源7-7。所述啟停按鈕7-2與總電源和電機(jī)電源7-7相連。所述頭部電機(jī)調(diào)速旋鈕7-3與所述頭部電機(jī)調(diào)速器7-5相連，頭部電機(jī)調(diào)速器7-5分別與電機(jī)電源7-7、頭部電機(jī)2相連。所述直流調(diào)速蝸輪蝸桿減速電機(jī)調(diào)速旋鈕7-4與所述上下肢運(yùn)動電機(jī)調(diào)速器7-6相連，上下肢運(yùn)動電機(jī)調(diào)速器7-6分別與電機(jī)電源7-7、上下肢運(yùn)動電機(jī)5相連。

工作原理

本發(fā)明一種三自由度服裝耗能測試機(jī)器人裝置在使用時(shí)，首先按下電器箱外的啟停按鈕，啟動機(jī)器人運(yùn)動，調(diào)節(jié)調(diào)速器旋扭將機(jī)器人的三個(gè)自由度的速度調(diào)整到合適的大小，用數(shù)據(jù)采集卡采集三個(gè)電機(jī)的電流電壓值，通過程序內(nèi)部算法將電流電壓值轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值，運(yùn)行一段時(shí)間后，按下啟停按鈕，停止機(jī)器人運(yùn)動。將待測樣品服裝穿在機(jī)器人身上，按下啟停按鈕，啟動機(jī)器人運(yùn)動，用采集卡采集電流電壓值，通過程序內(nèi)部算法將電流電壓值轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值，運(yùn)行與空載相同的時(shí)間，按下啟停按鈕，停止機(jī)器人運(yùn)動。將采集到的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速值相乘，并對時(shí)間進(jìn)行積分，分別得到空載和穿著服時(shí)機(jī)器人運(yùn)動過程中耗能的瞬時(shí)功率和總功，最后通過計(jì)算，得出服裝樣品的單位時(shí)間內(nèi)的耗能值。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。