专利名称：一种人工肌肉集结群输出特性测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于人工肌肉集结群测试技术领域，具体涉及一种人工肌肉集结群输出特性测试装置。
背景技术：
形状记忆合金弹簧具有除了形状记忆合金材料轻质、简单等优点外，还能获得较大的变形量，因而非常适用于微型和小型机器人的驱动。国内外一些学者也对形状记忆合金螺旋弹簧的应力、应变、温度和相变等之间的关系进行了系统测试，并研究了响应速度、驱动电流、预变形量、冷却速度和负载之间的关系。但是这些研究大都围绕单个人工肌肉致动单元展开。当一组人工肌肉集结成群共同作用时，激活不同位置及数目的人工肌肉致动单元，其输出特性将呈现不同情况，且各致动单元之间也会相互影响，呈现出复杂的非线性。针对人工肌肉集结群动态特性及其测试技术、测试装置的研究还鲜见报道。
实用新型内容针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种人工肌肉集结群输出特性测试装置。所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，包括相互连接的计算机和人工肌群控制平台，所述的人工肌群控制平台与人工肌群测试平台连接，其特征在于所述的人工肌群测试平台的输出端通过拉簧与力传感器一端连接，力传感器另一端与恒速控制装置连接，力传感器与LMS数据采集系统连接，所述的人工肌群测试平台的输出端还配合设置反光片，所述的人工肌群测试平台一侧设置与反光片对应的激光位移传感器，激光位移传感器连接显示和记录设备。所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的恒速控制装置为工业机器人或高精度托板。所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的反光片为带反光的纸片或带反光的金属片，所述的显示和记录装置为示波器或者计算机。所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的人工肌群控制平台包括底板，所述的底板配合设置导轨和继电器底座，其特征在于所述的底板上还设置PLC控制器、线槽、空气开关、开关电源，所述的空气开关的外侧设有挡块，所述的继电器底座上设置一组继电器，导轨上设置接线端子，所述的开关电源、继电器、接线端子、空气开关通过导线连接形成供电回路，继电器与人工肌群测试平台连接。所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的人工肌群测试平台包括底座，底座上配合设置散热机构及人工肌肉附着平台，所述的人工肌肉附着平台上设有由尼龙丝制成的人工韧带，所述的人工韧带上间隔设置一组由SMA弹簧制成的人工肌肉致动单元，所述的人工肌肉附着平台上配合设置一组与人工肌肉致动单元一一对应的接线口，所述的接线口与继电器一一对应连接。[0009]所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的人工肌群测试平台的输出端为人工肌肉致动单元的一端端头。所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板，支撑板上横向间隔设置一组空腔，空腔底部间隔设置一组用于人工韧带活动的通孔，人工韧带一端固定在输出端上，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板上，所述的支撑板一侧还设有横梁。所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于散热机构设置在人工肌肉附着平台一侧，它包括固定设置在底座上的风扇座，所述的风扇座上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇。所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤:I)先依次连接好计算机、人工肌群控制平台和人工肌群测试平台，在外力作用下，使人工肌肉致动单元拉长；2 )按测试需要，通过计算机让人工肌群控制平台的PLC控制器工作，由PLC控制器通过相应继电器使相应接线口通电，产生焦耳热，对应的人工肌肉致动单元在焦耳热的作用下产生相变并收缩，进而回复到初始长度；3)与人工肌群测试平台的输出端连接的力传感器感应到人工肌肉致动单元收缩产生的力，信号传输给LMS数据采集系统，由传输给LMS数据采集系统记录并处理，测得收缩产生的力；4)人工肌肉致动单元在收缩的过程中，与人工肌群测试平台的输出端连接的反光片也随着一起动，激光位移传感器将激光打在反光片上，实时检测人工肌群的输出位移，并将检测结果输出到显示和输出设备。通过采用上述技术，与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果:I)本实用新型通过在力传感器上设置恒速控制装置，给人工韧带在人工肌肉收缩方向一定的预紧力，在人工肌肉致动单元收缩时，恒速控制装置也向相同方向运动，消除力传感器的惯性力影响，以获得准确的测试结果；2)本实用新型在人工肌群测试平台的输出端与力传感器之间设置拉簧，当人工肌肉集结群收缩时，其速度与恒速控制装置不可避免存在速度差，继而产生相对位移，因此加上该拉簧以消除这部分位移，避免力传感器、人工肌肉集结群测试平台被强行拉断或脱落；3)本实用新型测试装置结构结单，测试方法操作方便，通过继电器控制人工肌肉致动单元收缩，根据实际需要，激活不同数目和位置的人工肌肉致动单元，人工肌肉集结群整体就获得不同输出特性，即具有输出特性可裁剪的特点，由力传感器和激光位移传感器测出相应的力和位移；由于人工肌肉集结群的输出力和位移同时被采集并记录，除了可获得力一时间、位移一时间数据，还可在后处理中得到力一位移曲线，有利于对人工肌肉集结群动态特性进行深入分析。另外，人工肌肉集结群控制平台的上端连接计算机，可事先在计算机上采用组态软件编制图形用户界面(GUI)，制定人工肌肉集结群的激活策略，便于实验开展。
图1为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型人工肌群控制平台的结构示意图；图3为本实用新型人工肌群测试平台的结构示意图。图中:1-计算机，2-人工肌群控制平台，201-PLC控制器，202-导轨，203-接线端子，204-线槽，205-空气开关，206-挡块，207-开关电源，208-底板，209-继电器，210-继电器底座，3-激光位移传感器，4-人工肌群测试平台，401-横梁，402-输出端，403-人工韧带，404-人工肌肉致动单元，405-支撑板，406-底座，407-接线口，408-风扇座，409-风扇，5-拉簧，6-LMS数据采集系统，7-力传感器，8-恒速控制装置，9-显示和输出设备。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述:如图1-3所示，一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，包括通讯连接的计算机I和人工肌群控制平台2，所述的人工肌群控制平台2与人工肌群测试平台4连接，所述的人工肌群测试平台4的输出端402通过拉簧5与力传感器7 —端连接，力传感器7另一端与恒速控制装置8连接，力传感器7与LMS数据采集系统6连接，所述的人工肌群测试平台4的输出端402还配合设置反光片，所述的人工肌群测试平台4 一侧设置与反光片对应的激光位移传感器3，所述的恒速控制装置8为工业机器人或高精度托板，反光片为带反光的纸片或带反光的金属片，激光位移传感器3与并显示和输出设备9连接，将检测结果输出到显示和输出设备9上，所述的显示和记录装置9为示波器或者计算机。如图2所示，所述的一种人工肌群控制平台，为人工肌群供电并控制人工肌群各单元通断。它包括底板208，所述的底板208配合设置导轨202、继电器底座210、PLC控制器201、线槽204、空气开关205、开关电源207，所述的继电器底座210上设置一组继电器209，导轨202上设置接线端子203，所述的开关电源207、继电器209、接线端子203、空气开关205通过导线连接形成供电回路，开关电源207为PLC控制器201和人工肌群提供电源，为了底板208上的装置整齐，底板208上还配合设置挡块206，挡块206设置在空气开关205的外侧，该控制平台为开放式架构，可以根据肌群规模扩展PLC控制器201和继电器209的数量，而且继电器209的数量主要取决于PL C控制器201的输出端口，如果扩展，可以扩展到280多个，本实用新型的输出端口是16个，继电器个数为10-20个，优选为15个，其结构简单、操作方便。如图3所示，所述的人工肌群测试平台4包括底座406，底座406上配合设置散热机构及人工肌肉附着平台，所述的人工肌肉附着平台上设有由尼龙丝制成的人工韧带403，所述的人工韧带403上间隔设置一组由SMA弹簧制成的人工肌肉致动单元404，所述的人工肌肉附着平台上配合设置一组与人工肌肉致动单元404——对应的接线口 407，人工肌肉致动单元404采用一组相同规格的N1-Ti形状记忆合金弹簧(简称SMA弹簧)，N1-Ti材料具有形状记忆效应，能在焦耳热的作用下回复到初始形状，若事先被拉长，通电加热就会输出一定大小的力和位移；人工韧带403采用燃点较高的尼龙丝，用于连接SMA弹簧及连杆，模拟韧带的功能，底座为其它一切组件提供支撑。其中，所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板405，一般至少为3块，相邻两块支撑板405之间的距离为60-70 mm，每块支撑板405上横向间隔设置2_10个空腔，每个空腔底部间隔设置一组用于人工韧带403活动的通孔，相邻通孔之间的距离为5-20mm，所述的人工韧带403作用输出端402与拉簧5连接，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板405上；所述的散热机构设置在人工肌肉附着平台一侧，它包括固定设置在底座406上的风扇座408，所述的风扇座408上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇409，如图中所示，本实用新型的人工肌肉致动单元404初始长度为18-22mm，优选长度为20mm，拉长长度为40-42mm，人工肌肉可拉长一倍，人工韧带3上相邻两个人工肌肉致动单元404之间的距离为30-50 mm,优选为40mm，为了增加测试平台的稳定性和牢固性，本实用新型支撑板405之间设有横梁401。通过本实用新型的人工肌肉集结群输出特性测试装置，其具体的测试方法如下:I)先依次连接好计算机1、人工肌群控制平台2和人工肌群测试平台4，在外力作用下使人工肌肉致动单元404拉长；2)按测试需要，通过计算机I让人工肌群控制平台2的PLC控制器201工作，由PLC控制器201通过相应继电器209使相应接线口 407通电，产生焦耳热，对应的人工肌肉致动单元404在焦耳热的作用下产生相变并收缩，进而回复到初始长度；3)与人工肌群测试平台4的输出端连接的力传感器7感应到人工肌肉集结群整体的位移和力输出收缩产生的力，信号传输给LMS数据采集系统6，由传输给LMS数据采集系统6记录并处理，测得收缩产生的力；4)人工肌肉致动单元404在收缩的过程中，与人工肌群测试平台4的输出端连接的反光片也随着一起动，激光位移传感器3激光打在该反光片上，据此测试人工肌肉集结群的收缩位移，并将检测结果输出到显示和输出设备9。本实用新型的工作原理:计算机I给与之连接的人工肌群控制平台2发送命令，进而通过PLC控制器201控制人工肌群测试平台4上各个人工肌肉致动单元404的通断，以获得不同的输出位移和力特性；力传感器7和激光位移传感器3同时测试并记录人工肌群收缩过程的力和位移变化情况。测试时，连接人工肌群控制平台2的计算机I首先发出激活信号，人工肌群控制平台2开始动作，人工肌群开始收缩，与此同时，恒速控制装置8沿着肌群收缩方向匀速运动，同时，LMS数据采集系统6以及激光位移传感器3开始记录数据，直至人工肌群收缩结束，停止以上恒速控制装置8运动、LMS数据采集系统6和激光位移传感器3的记录。在测试过程中，需要多人协调配合，以对电脑及人工肌群控制平台2、恒速控制装置、LMS数据采集系统6和激光位移传感器3的操作。
权利要求1.一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，包括相互连接的计算机(I)和人工肌群控制平台(2)，所述的人工肌群控制平台(2)与人工肌群测试平台(4)连接，其特征在于所述的人工肌群测试平台(4)的输出端(402)通过拉簧(5)与力传感器(7) —端连接，力传感器(7)另一端与恒速控制装置(8)连接，力传感器(7)与LMS数据采集系统(6)连接，所述的人工肌群测试平台(4)的输出端(402)还配合设置反光片，所述的人工肌群测试平台(4)一侧设置与反光片对应的激光位移传感器(3)，激光位移传感器(3)连接显示和记录设备(9)。
2.根据权利要求1所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的恒速控制装置(8)为工业机器人或高精度托板。
3.根据权利要求1所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的反光片为带反光的纸片或带反光的金属片，所述的显示和记录装置(9)为示波器或者计算机。
4.根据权利要求1所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的人工肌群控制平台(2)包括底板(208)，所述的底板(208)配合设置导轨(202)和继电器底座(210)，其特征在于所述的底板(208)上还设置PLC控制器(201)、线槽(204)、空气开关(205)、开关电源(207)，所述的空气开关(205)的外侧设有挡块(206)，所述的继电器底座(210)上设置一组继电器(209)，导轨(202)上设置接线端子(203)，所述的开关电源(207)、继电器(209)、接线端子(203)、空气开关(205)通过导线连接形成供电回路，继电器(209)与人工肌群测试平台(4)连接。
5.根据权利要求4所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的人工肌群测试平台(4)包括底座(406)，底座(406)上配合设置散热机构及人工肌肉附着平台，所述的人工肌肉附着平台上设有由尼龙丝制成的人工韧带(403)，所述的人工韧带(403)上间隔设置一组由SMA弹簧制成的人工肌肉致动单元(404)，所述的人工肌肉附着平台上配合设置一组与人工肌肉致动单元(404)——对应的接线口(407)，所述的接线口(407)与继电器(209)——对应连接。
6.根据权利要求5所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的人工肌群测试平台(4)的输出端(402)为人工肌肉致动单元(404)的一端端头。
7.根据权利要求5所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板(405)，支撑板(405)上横向间隔设置一组空腔，空腔底部间隔设置一组用于人工韧带(403)活动的通孔，人工韧带(403)—端固定在输出端(402)上，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板(405)上，所述的支撑板(405)一侧还设有横梁(401)。
8.根据权利要求5所述的一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，其特征在于散热机构设置在人工肌肉附着平台一侧，它包括固定设置在底座(406)上的风扇座(408)，所述的风扇座(408 )上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇(409 )。
专利摘要一种人工肌肉集结群输出特性测试装置，属于人工肌肉集结群测试技术领域。它包括相互连接的计算机和人工肌群控制平台，所述的人工肌群控制平台与人工肌群测试平台连接，人工肌群测试平台与力传感器一端连接，力传感器另一端与恒速控制装置连接，力传感器与LMS数据采集系统连接，人工肌群测试平台的输出端还配合设置反光片，人工肌群测试平台一侧设置与反光片对应的激光位移传感器。本实用新型通过激光位移传感器和力传感器分别测试位移和力的大小，测试方法操作方便，而且人工肌肉集结群控制平台的上端连接计算机，可事先在计算机上采用组态软件编制图形用户界面，制定人工肌肉集结群的激活策略，便于实验开展。
文档编号G05B19/05GK203037473SQ20122069870
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者应申舜, 王扬渝, 张利, 李胜, 孙建辉 申请人:浙江工业大学