本發(fā)明涉及一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置方法，屬于機器人。

背景技術：

1、近年來，機器人技術的快速發(fā)展使得機器人在工業(yè)生產、醫(yī)療護理、服務行業(yè)等領域中得到廣泛應用。機器人的關節(jié)是機器人運動和執(zhí)行任務的核心部件，關節(jié)的剛度對機器人的運動精度、穩(wěn)定性和執(zhí)行能力具有重要影響。在機械設計和機器人領域，關節(jié)剛度是衡量機器人關節(jié)運動剛性的重要參數。因此，準確測量和評估機器人關節(jié)的剛度是提高機器人性能和優(yōu)化機器人運動控制的關鍵問題。

2、目前，測試機器人關節(jié)剛度的方法主要有兩種：一種是基于數學建模的方法，另一種是基于實驗測試的方法?；跀祵W建模的方法需要對機器人的結構和材料進行詳細分析，并進行復雜的數學計算，從而得到關節(jié)剛度的理論模型。然而，由于機器人的結構和材料復雜多樣，數學建模方法往往難以精確描述機器人關節(jié)的真實剛度。另外，數學建模方法的計算量大，計算復雜度高，不適用于實時測試和快速應用。

3、基于實驗測試的方法是目前最常用的測試機器人關節(jié)剛度的方法。該方法利用外部力矩作用于機器人關節(jié)，然后測量關節(jié)的位移，從而計算出關節(jié)的剛度。然而，現(xiàn)有的測試裝置和方法存在一些問題。例如，現(xiàn)有的測試裝置大多復雜、體積龐大且操作不便，無法滿足對機器人關節(jié)剛度進行精確測量的要求。另外，現(xiàn)有的測試方法在實施過程中存在一定的誤差和不確定性，限制了測試結果的準確性和可靠性。

4、針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置和方法，以解決現(xiàn)有技術的缺陷。該裝置和方法簡單、可靠，并能夠準確測量機器人關節(jié)的剛度。

5、綜上所述，現(xiàn)有的機器人關節(jié)剛度測試裝置和方法存在一些問題，例如測試裝置復雜、操作不便，測試方法誤差較大等。因此，需要提供一種新的關節(jié)剛度測試裝置和方法，以解決現(xiàn)有技術的缺陷。本發(fā)明旨在提供一種簡單、可靠且準確測量機器人關節(jié)剛度的裝置和方法，以滿足機器人技術發(fā)展的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明設計開發(fā)了一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，能夠精確測量仿生拉壓機器人關節(jié)運動時的剛度，提供高精度的測試結果，使用方便。

2、本發(fā)明還設計開發(fā)了一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試方法，通過數據處理算法，能夠實時、準確地測量仿生拉壓機器人關節(jié)的剛度，測試過程穩(wěn)定可靠，測試結果精度高。

3、本發(fā)明提供的技術方案為：

4、一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置及方法，包括：

5、光學平臺系統(tǒng)，其支撐設置在水平面上，并包括：

6、膝關節(jié)模型，其支撐設置在所述光學平臺系統(tǒng)上，并位于所述光學平臺系統(tǒng)的一端；

7、力或力矩輸出系統(tǒng)，其設置在所述膝關節(jié)模型的上部；

8、機械臂操作系統(tǒng)，其設置在水平面上，并位于所述光學平臺系統(tǒng)的一端，靠近所述膝關節(jié)模型；

9、所述光學平臺包括：

10、光學平臺，其支撐設置在水平面上；

11、沿所述光學平臺縱向中線依次設置有：

12、兩個腘繩肌模擬加載器、連接機構以及股四頭肌模擬加載器；

13、所述膝關節(jié)模型固定設置在所述連接機構上。

14、優(yōu)選的是，所述腘繩肌模擬加載器、連接機構以及股四頭肌模擬加載器上均設置有滑輪，且各滑輪位于同一直線。

15、優(yōu)選的是，所述膝關節(jié)模型由一端向另一端依次設置有：股骨模型、髕骨模型、脛骨模型以及連接裝置。

16、優(yōu)選的是，所述股骨模型固定設置在所述連接機構上。

17、優(yōu)選的是，所述機械臂操作系統(tǒng)包括：

18、支架底座，其設置在水平面上；

19、機械臂底座，其固定設置在所述支架底座的一端；

20、機械臂電源箱，其固定設置在所述支架底座的另一端；

21、依次相連接的第一肩關節(jié)、第二肩關節(jié)、肘關節(jié)、第一腕關節(jié)、第二腕關節(jié)以及第三腕關節(jié)。

22、優(yōu)選的是，所述腘繩肌模擬加載器與所述股四頭肌模擬加載器結構相同，均包括：

23、加載器底座，其與所述光學平臺固定連接；

24、加載器滑輪，其可轉動支撐設置在所述加載器底座上。

25、優(yōu)選的是，所述連接機構包括：

26、連接底座，其固定設置在所述光學平臺上；

27、套筒，其固定設置在所述連接底座的一端，所述股骨模型固定設置在所述套筒內；

28、兩個支撐片，其相對固定設置在所述連接底座上，并位于所述套筒的一側；

29、連接滾輪，其可轉動支撐設置在所述兩個支撐片之間。

30、一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試方法，使用所述的基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，包括：

31、初始設置：將膝關節(jié)模型安裝于光學平臺系統(tǒng)上，并通過機械臂操作系統(tǒng)進行初步調整，確保測試裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)；

32、傳感器校準：對六維力傳感器進行零點校準和標定，確保測量數據的準確性；

33、數據采集與處理：在膝關節(jié)模型進行預定運動過程中，通過傳感器采集力/力矩數據，并進行濾波處理，將數據轉換為局部坐標系下的值；

34、實時狀態(tài)評估與剛度計算：利用卡爾曼濾波器和實時監(jiān)測算法對關節(jié)的實時狀態(tài)進行評估，并計算關節(jié)在不同運動狀態(tài)下的剛度；

35、誤差分析與結果驗證：對計算得到的剛度值進行誤差分析，驗證測試結果的可靠性，并通過多次測試確保結果的一致性。

技術特征：

1.一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，其特征在于，所述腘繩肌模擬加載器、連接機構以及股四頭肌模擬加載器上均設置有滑輪，且各滑輪位于同一直線。

3.根據權利要求2所述的基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，其特征在于，所述膝關節(jié)模型由一端向另一端依次設置有：股骨模型、髕骨模型、脛骨模型以及連接裝置。

4.根據權利要求3所述的基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，其特征在于，所述股骨模型固定設置在所述連接機構上。

5.根據權利要求4所述的基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，其特征在于，所述機械臂操作系統(tǒng)包括：

6.根據權利要求5所述的基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，其特征在于，所述腘繩肌模擬加載器與所述股四頭肌模擬加載器結構相同，均包括：

7.根據權利要求6所述的基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，其特征在于，所述連接機構包括：

8.一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試方法，其特征在于，使用權利要求1-7任意一項所述的基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置，包括：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置及方法，屬于機器人技術領域；所述基于光學平臺的關節(jié)剛度測試裝置包括：光學平臺系統(tǒng)，其支撐設置在水平面上；膝關節(jié)模型，其支撐設置在所述光學平臺系統(tǒng)上，并位于所述光學平臺系統(tǒng)的一端；力/力矩輸出系統(tǒng)，其設置在所述膝關節(jié)模型的上部；機械臂操作系統(tǒng)，其設置在水平面上，并位于所述光學平臺系統(tǒng)的一端，靠近所述膝關節(jié)模型。能夠精確測量仿生拉壓機器人關節(jié)運動時的剛度，提供高精度的測試結果，使用方便。所述基于光學平臺的關節(jié)剛度測試方法，通過數據處理算法能夠實時、準確地測量仿生拉壓機器人關節(jié)的剛度，測試過程穩(wěn)定可靠，測試結果精度高。

技術研發(fā)人員：任雷,湯靖皓,王坤陽,盧雪薇,趙順,謝紅
受保護的技術使用者：吉林大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6