[发明专利]人工肌群驱动机器人关节的力矩在线检测方法

摘要

人工肌群驱动机器人关节的力矩在线检测方法，属于力矩检测技术领域。它根据力学中的力三角关系和力在柔性绳上传力不变的原理，通过采用双孔悬臂平行梁应变式力传感器，将应变片粘贴到受力力敏型弹性元件上，当弹性元件受力产生变形时，应变片产生相应的应变，转化成电阻变化，再转换为测量电路的电压变化，通过测量输出电压的数值，可以在不释放拉绳张力的情况下,夹持于拉绳的适当位置，测出一定的数值，通过一定的数学运算，换算到拉绳的实际张力和关节力矩，能减少测力装置串入人工肌群驱动机器人关节系统，其结构简单，测试方便，适于推广应用。

主权项

1.人工肌群驱动机器人关节的力矩在线检测方法，通过控制部分控制机械部分完成，控制部分包括控制板卡及设置在控制板卡上的测量按钮、复位按钮、液晶显示屏及led灯，通过控制板卡实现各部分运动的衔接及数据的读取转换；机械部分包括人工肌群驱动仿生关节的力矩检测装置，所述力矩检测装置，设置在人工肌群驱动仿生关节的主关节(08)与第一副关节(03)、第二副关节(04)之间，包括通过第一导轨(15)和第二导轨(16)连接的底板(10)、第二定板(13)、第一定板(11)及顶板(14)，动板(12)通过第一带座直线轴承(20)及第二带座直线轴承(21)与两个导轨连接，丝杠螺母(31)固定连接在动板(12)上，螺杆(30)依次通过第一带座滚动轴承(22)、第二带座滚动轴承(23)及联轴器(32)设置在顶板(14)、第二定板(13)及第一定板(11)上，第二带座滚动轴承(23)的轴承内圈设有与螺杆(30)的螺纹槽匹配的锁紧螺钉，第二定板(13)通过锁紧螺钉和螺纹槽与螺杆(30)固定连接；丝杠螺母(31)通过联轴器(32)与设置在底板(10)上的步进电机(33)连接，动板(12)上设有检测机构(5)，检测机构(5)顶部设有中间绳轮(41)，第二定板(13)上设有左侧绳轮(40)及右侧绳轮(42)，左侧绳轮(40)及右侧绳轮(42)位于中间绳轮(41)的两侧，三个绳轮用于安装第一人工肌群牵引线(06)，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)将人工肌群驱动仿生关节的力矩检测装置安装在人工肌群驱动仿生关节的主关节(08)与第一副关节(03)、第二副关节(04)之间，肌群牵引线06依次穿过左侧绳轮(40)顶部、中间绳轮(41)底部和右侧绳轮(42)顶部的槽上，初始条件下，左侧绳轮(40)、中间绳轮(41)和右侧绳轮(42)的中心在一条直线或者接近一条直线上，对力传感器(54)进行调零，此时肌群牵引线(06)与水平位置形成的夹角α＝0，肌群牵引线(06)的张紧力为T；2)按下测量按钮，单片机控制步进电机(33)运动，通过联轴器(32)和丝杠螺母(31)带动动板(12)沿第一导轨(15)和第二导轨(16)向下运动，中间绳轮(41)、检测机构(5)在动板(12)带动下也作相对第二定板(13)向下运动，使中间绳轮(41)和左侧绳轮(40)、右侧绳轮(42)在竖直方向错开一定距离，使第一人工肌群牵引线(06)在左侧绳轮(40)、中间绳轮(41)及右侧绳轮(42)中形成所需的力三角，肌群牵引线(06)与水平位置形成的夹角α满足式(1)：式中：L为左侧绳轮(40)与右侧绳轮(42)之间的距离，h为中间绳轮(41)向下移动的距离，根据力学中的力三角关系和力在柔性绳上传力不变的原理，力与夹角关系满足式(2)：F为肌群牵引线(06)的张紧力T在竖直方向的分力，设代入式(1)中，则有式(3)：F由力传感器(54)测得，肌群牵引线驱动机器人关节的力臂为r，则其驱动的机器人关节力矩为M＝Tr＝kFr；3)整个检测机构(5)对力传感器(54)施加扭矩，通过采集力传感器(54)的电信号，经过信号处理和数据转换，得到肌群牵引线(06)的肌群牵引线张紧力分力F；4)将步骤3)测得的肌群牵引线张紧力分力F代入步骤2)的驱动的机器人关节力矩计算公式M＝Tr＝kFr中，计算得到力矩；5)步进电机(33)运动到底时，形成所需的力三角关系，led灯点亮，力矩结果在液晶显示屏上显示。