[发明专利]一种绳驱机械臂绳索与过孔摩擦系数标定系统与方法

说明书

一种绳驱机械臂绳索与过孔摩擦系数标定系统与方法，该系统包括配重物、滑轮、绳索、通过十字轴连接的两个绳驱机械臂关节、机械臂固定基座、拉力计、拉力计固定基座以及工作台，经设置滑轮将配重物的垂直方向的拉力转换成水平方向的拉力，两个绳驱机械臂关节的轴心平行于水平面，其中前端机械臂关节中轴线方向与绳索方向平行，绳索与前端机械臂关节的过孔无摩擦，后端机械臂关节的轴向与拉力计的拉伸方向与平行，十字轴竖直方向固定，只能在水平方向偏转，其中，根据绳索的前端方向与拉力计的拉力方向确定绳索偏转角度，并根据配重物的重量、拉力计的拉力值以及偏转角度计算摩擦系数。该标定系统与方法能够实现绳驱机械臂摩擦系数的准确标定。

技术领域

本发明涉及一种绳驱机械臂绳索与过孔摩擦系数标定系统与方法。

背景技术

绳驱机械臂为了保证整臂的轻量化和灵活性，往往采用绳驱这种驱动源后置的设计方案。这类设计使用多组绳索提供机械臂关节运动所需的驱动力和力矩，具有轻量、灵活、柔顺等优势，特别适合于狭小空间下的避障作业。绳驱机械臂可以穿越航天器的桁架结构和组件间隙，深入到结构内部进行探测、维修等任务。因此，绳驱机械臂的灵活性、柔顺性和细长特点使得其在空间狭小复杂环境中具有广阔的应用前景。

绳驱机械臂模型如图1所示。该绳驱机械臂主要由若干个关节组成，关节之间采用十字轴进行连接，如图2所示，其中具有三根绳索L1-L3。

绳驱机械臂由于绳索驱动的特点，不可避免地需要考虑绳索与过孔之间的摩擦力。摩擦力对绳驱机械臂控制效果非常重要，精确的摩擦系数标定是提高绳驱机械臂的控制精度的有力保证。现有的方案只能采用两种材料之间的接触摩擦来确定摩擦系数，但该摩擦系数的测量方式往往实在平面上测量，与绳索驱动的绳驱机械臂有着较大的区别，因此不能检测绳索穿过孔的摩擦系数。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种绳驱机械臂绳索与过孔摩擦系数标定系统与方法，以准确检测绳索穿过孔的摩擦系数。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种绳驱机械臂绳索与过孔摩擦系数标定系统，包括配重物、滑轮、绳索、通过十字轴连接的两个绳驱机械臂关节、机械臂固定基座、拉力计、拉力计固定基座以及工作台，所述配重物悬挂在所述绳索的前端，所述绳索经过所述滑轮后穿过所述两个绳驱机械臂关节的过孔，所述绳索的后端固定在所述拉力计上，所述滑轮安装在所述工作台上，所述两个绳驱机械臂关节和所述拉力计分别通过所述机械臂固定基座和所述拉力计固定基座固定在所述工作台上，经设置所述滑轮将所述配重物的垂直方向的拉力转换成水平方向的拉力，所述两个绳驱机械臂关节的轴心平行于水平面，其中前端机械臂关节中轴线方向与绳索方向平行，所述绳索与前端机械臂关节的过孔无摩擦，后端机械臂关节的轴向与所述拉力计的拉伸方向与平行，所述十字轴竖直方向固定，只能在水平方向偏转，其中，根据所述绳索的前端方向与所述拉力计的拉力方向确定所述绳索经过所述两个绳驱机械臂关节后的偏转角度，并根据所述配重物的重量、所述拉力计的拉力值以及所述偏转角度计算绳驱机械臂绳索与过孔摩擦系数。

进一步地：

所述偏转角度不超过16°。

所述拉力计固定基座上设置有多个安装孔位，用于将所述拉力计先后固定在水平方向的不同位置，改变所述拉力计的拉力方向，以在不同的所述偏转角度下测量摩擦系数。

所述拉力计固定基座为扇形，每个安装孔位具有四个围成长方形的孔，与所述拉力计的背面螺丝孔对应，各安装孔位沿扇形的圆弧方向间隔分布。

一种绳驱机械臂绳索与过孔摩擦系数标定方法，使用所述的标定系统进行绳驱机械臂绳索与过孔摩擦系数标定。

进一步地：

根据下式计算摩擦系数：