本實(shí)用新型涉及一種高精度空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)性能參數(shù)標(biāo)定平臺(tái)，具體說涉及一種用于空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)定位精度、扭轉(zhuǎn)剛度、阻尼等性能參數(shù)測量的關(guān)節(jié)標(biāo)定平臺(tái)。

背景技術(shù)：

針對(duì)空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)精度指標(biāo)要求，搭建高精度關(guān)節(jié)測試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)速度、扭矩、定位精度、輸出回差、傳動(dòng)比、扭轉(zhuǎn)剛度及關(guān)節(jié)阻尼等性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，并規(guī)范化關(guān)節(jié)性能指標(biāo)測試流程，為機(jī)械臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)節(jié)控制參數(shù)優(yōu)化、關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)仿真模型以及關(guān)節(jié)半實(shí)物仿真環(huán)境搭建提供有力數(shù)據(jù)支撐。

空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)標(biāo)定平臺(tái)可為空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)及整臂精度性能測試提供有效測量手段，在機(jī)械臂關(guān)節(jié)和整臂動(dòng)力學(xué)仿真模型建立過程中，提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，為關(guān)節(jié)控制器控制參數(shù)優(yōu)化和機(jī)械臂系統(tǒng)誤差補(bǔ)償提供有效依據(jù)，為機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)提供有效依據(jù)，探索一種完善的多自由度空間智能機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證規(guī)范。

在空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模和末端振動(dòng)抑制研究中，基于柔性關(guān)節(jié)阻尼參數(shù)、多剛體動(dòng)力學(xué)理論以及有限元方法建立的剛?cè)狁詈隙囿w動(dòng)力學(xué)空間機(jī)械臂模型被普遍采用，因此，關(guān)節(jié)阻尼等參數(shù)的精確測試對(duì)提高機(jī)械臂整體性能參數(shù)及振動(dòng)抑制研究具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高精度空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)阻尼標(biāo)定平臺(tái)。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：一種高精度空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)性能參數(shù)標(biāo)定平臺(tái)，包括光電編碼器、扭矩傳感器、蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)、磁粉制動(dòng)器、雙膜片聯(lián)軸器以及支撐工裝；機(jī)械臂關(guān)節(jié)的輸出端通過法蘭固連輸出軸，光電編碼器、扭矩傳感器、渦輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)、磁粉制動(dòng)器通過支撐工裝實(shí)現(xiàn)沿機(jī)械臂關(guān)節(jié)的軸向安裝固定，光電編碼器內(nèi)圈與法蘭或者輸出軸連接，外圈固連在支撐工裝上，光電編碼器用于測量機(jī)械臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；雙膜片聯(lián)軸器將輸出軸與扭矩傳感器進(jìn)行連接，用于測量標(biāo)定時(shí)施加的扭矩；當(dāng)需要手動(dòng)提供變化扭轉(zhuǎn)力矩負(fù)載加載時(shí)，將蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)通過離合器與扭矩傳感器連接；當(dāng)需要提供恒定的扭轉(zhuǎn)力矩時(shí)，將磁粉制動(dòng)器與扭矩傳感器連接。

當(dāng)需要手動(dòng)提供變化扭轉(zhuǎn)力矩負(fù)載加載時(shí)，在離合器和蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)之間安裝彈簧，蝸輪的輸出通過彈簧加載在離合器上。

所述的蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)包括蝸輪、蝸桿；蝸桿豎直方向固定在支撐工裝上，蝸輪軸向與機(jī)械臂關(guān)節(jié)軸向重合，蝸輪與蝸桿的軸交角為90°；蝸桿上安裝操作手柄，通過操作手柄由蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

蝸桿的展開螺距角小于蝸輪蝸桿的接觸摩擦角。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)設(shè)計(jì)了一種可用于關(guān)節(jié)阻尼特性測試的標(biāo)定測試平臺(tái)，通過平臺(tái)可以對(duì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)進(jìn)行變負(fù)載和恒定負(fù)載加載，并實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)扭矩和轉(zhuǎn)速的高精度測量。

(2)利用功率法對(duì)關(guān)節(jié)阻尼特性進(jìn)行測定，在關(guān)節(jié)空載勻速轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，關(guān)節(jié)電機(jī)輸入能量完全由關(guān)節(jié)的電機(jī)輸入的能量完全由關(guān)節(jié)阻尼耗散，本實(shí)用新型通過穩(wěn)定電機(jī)轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率損耗的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)阻尼特性的測量。

(3)設(shè)計(jì)了一套用于扭矩平穩(wěn)加載的蝸輪蝸桿彈簧加載機(jī)構(gòu)，使得關(guān)機(jī)扭矩平穩(wěn)加載，消除關(guān)節(jié)扭矩加載過程中的振動(dòng)和突變。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型平臺(tái)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型彈簧加載示意圖；

圖3為本實(shí)用新型蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，一種高精度空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)阻尼標(biāo)定平臺(tái)，包括光電編碼器1、扭矩傳感器2、蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)3、磁粉制動(dòng)器4、雙膜片聯(lián)軸器5以及支撐工裝6；

機(jī)械臂關(guān)節(jié)的輸出端通過法蘭固連輸出軸，光電編碼器1、扭矩傳感器2、渦輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)3、磁粉制動(dòng)器4通過支撐工裝6實(shí)現(xiàn)沿機(jī)械臂關(guān)節(jié)的軸向安裝固定，光電編碼器1內(nèi)圈與法蘭或者輸出軸連接，外圈固連在支撐工裝上，光電編碼器1用于測量機(jī)械臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；雙膜片聯(lián)軸器5將輸出軸與扭矩傳感器2進(jìn)行連接，用于測量標(biāo)定時(shí)施加的扭矩；當(dāng)需要手動(dòng)提供變化扭轉(zhuǎn)力矩負(fù)載加載時(shí)，將蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)3通過離合器8與扭矩傳感器連接；當(dāng)需要提供恒定的扭轉(zhuǎn)力矩時(shí)，將磁粉制動(dòng)器4與扭矩傳感器連接。

當(dāng)需要手動(dòng)提供變化扭轉(zhuǎn)力矩負(fù)載加載時(shí)，為了使手動(dòng)通過蝸輪蝸桿機(jī)載機(jī)構(gòu)加載的扭矩輸出平穩(wěn)，如圖2所示，在離合器和蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)3之間安裝彈簧7，蝸輪的輸出通過彈簧7加載在離合器上。

如圖3所示，蝸輪蝸桿加載機(jī)構(gòu)3包括蝸輪31、蝸桿32；蝸桿32豎直方向固定在支撐工裝6上，蝸輪31軸向與機(jī)械臂關(guān)節(jié)軸向重合，蝸輪與蝸桿的軸交角為90°；蝸桿32上安裝操作手柄，通過操作手柄由蝸桿32帶動(dòng)蝸輪31轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證變化負(fù)載加載過程中，扭轉(zhuǎn)力矩能穩(wěn)定在某一測量范圍內(nèi)的確定扭轉(zhuǎn)力矩值，使蝸桿32的展開螺距角小于蝸輪蝸桿的接觸摩擦角。

通過光電碼盤可以對(duì)關(guān)節(jié)定位精度、關(guān)節(jié)速度、關(guān)節(jié)阻尼特性的準(zhǔn)確標(biāo)定和測量，通過扭矩傳感器可以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)反轉(zhuǎn)扭矩的測量。

關(guān)節(jié)標(biāo)定測量時(shí)，采用標(biāo)定平臺(tái)關(guān)節(jié)輸出端安裝光電碼盤，以測量其輸出轉(zhuǎn)角，利用蝸輪蝸桿對(duì)關(guān)節(jié)施加轉(zhuǎn)矩。利用扭矩傳感器測得轉(zhuǎn)矩值M，利用高精度碼盤測量關(guān)節(jié)在轉(zhuǎn)矩作用下的轉(zhuǎn)角A，則機(jī)械臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度為M/A。

機(jī)械臂關(guān)節(jié)具有旋轉(zhuǎn)變壓器，可以準(zhǔn)確地測量關(guān)節(jié)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)角；采用標(biāo)定平臺(tái)光電碼盤準(zhǔn)確地測量關(guān)節(jié)的輸出轉(zhuǎn)角。控制機(jī)械臂關(guān)節(jié)電機(jī)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，達(dá)到穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)后，可以認(rèn)為關(guān)節(jié)輸出回差在機(jī)械臂關(guān)節(jié)傳動(dòng)鏈的一側(cè)邊緣被壓緊。然后讓關(guān)節(jié)電機(jī)立即反轉(zhuǎn)，由于機(jī)械臂關(guān)節(jié)輸出回差的存在，機(jī)械臂關(guān)節(jié)電機(jī)無法立即帶動(dòng)關(guān)節(jié)輸出端，關(guān)節(jié)輸出轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)出現(xiàn)一段停滯。這段停滯所反映的就是機(jī)械臂關(guān)節(jié)的輸出回差。當(dāng)關(guān)節(jié)輸出回差在另一側(cè)邊緣被壓緊時(shí)，關(guān)節(jié)的輸出端會(huì)再次被關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)所帶動(dòng)。

通過標(biāo)定平臺(tái)光電碼盤對(duì)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際角度的測量與名義轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)比，可以計(jì)算關(guān)節(jié)傳動(dòng)比：

按照如下方法計(jì)算關(guān)節(jié)的輸出回差：

d＝φ/μr

其中，d為關(guān)節(jié)輸出回差，φ為關(guān)節(jié)輸出轉(zhuǎn)動(dòng)停滯時(shí)段內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，μr為關(guān)節(jié)傳動(dòng)比。

這種標(biāo)定關(guān)節(jié)輸出回差的方法對(duì)于大傳動(dòng)比的關(guān)節(jié)是非常準(zhǔn)確的。原因有二：一是因?yàn)榇髠鲃?dòng)比導(dǎo)致填補(bǔ)輸出回差所需的關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)角較大，測量誤差就會(huì)隨之減??；二是因?yàn)榇髠鲃?dòng)比導(dǎo)致關(guān)節(jié)輸出端旋轉(zhuǎn)非常緩慢，充分抑制了關(guān)節(jié)輸出端的慣性對(duì)于回差標(biāo)定的影響。待標(biāo)定關(guān)節(jié)的傳動(dòng)比超過了3000，屬于傳動(dòng)比非常大的關(guān)節(jié)。同樣，標(biāo)定過程需要多次重復(fù)進(jìn)行，才能得到真實(shí)可信的結(jié)果?？梢岳?σ原理進(jìn)行標(biāo)定。

本說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。