一种静态载荷试验装置的制作方法

本发明涉及一种服务机器人静态载荷试验装置。

背景技术：

现有的载荷试验装置一般用于土木工程领域或重型机械领域，用于检测大型设备的载荷试验。而小型机械，特别是服务机器人，例如扫地机器人、电动平衡车、导引机器人等小型机械的静态载荷检测领域很少有相关的设备。

相关国家标准虽有静态载荷试验的要求和方法，但目前很少有设备可以实施。另外由于服务机器人的外观变化多样，传统载荷试验装置的夹具难以夹取被测物，载荷施力部件也难以模拟预设环境(如电动平衡车脚踏板或座椅的静态强度，导引机器人的外壳机械强度)，也对静态载荷试验装置的灵活性、通用性提出了更多的要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有载荷试验装置大多仅适用于大中型设备或单一类型产品，难以检测小型机械，通用性差，可扩展性差。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种静态载荷试验装置，将前、后方向定义为y轴方向，将左、右方向定义为x轴方向，将上、下方向定义为z轴方向，其特征在于，所述静态载荷试验装置包括：

固定在底座上的底座转台，底座转台用于试品，底座转台在控制系统的控制下带动试品绕z轴360°旋转，试品通过旋转一定角度使得加载机构接近试品的被测表面；

两个加载机构，每个加载机构的末端均设有连接控制系统的压力传感器，两个载荷工装分别设于两个加载机构的压力传感器的末端，两个加载机构在控制系统的控制下分别通过各自的载荷工装向试品同步施加载荷；

x轴运动机构，用于在控制系统控制下带动加载机构沿x轴运动；

z轴运动机构，用于在控制系统控制下带动加载机构沿z轴运动；

y轴运动机构，用于在控制系统控制下带动加载机构沿y轴运动。

优选地，所述底座转台包括回转电机、大底板、底部型材架、型材架、小底板及回转驱动；

回转电机与所述控制系统电连接；回转电机在所述控制系统的控制下通过回转驱动驱动用于支撑所述试品的型材架绕z轴360°旋转；型材架设于底部型材架的顶面；底部型材架的底面设有大底板；回转电机及回转驱动的底面与小底板连接固定，回转电机及回转驱动的顶面与大底板连接固定。

优选地，所述加载机构向所述试品施加载荷时，根据试验要求设置并采集施力的方向、大小、维持时间、频率、循环次数和/或被测试品形变量中的至少一个参数。

优选地，两个所述加载机构的结构相同，包括固定块、连接有磁性开关的加载电缸、连接轴、压力传感器、树脂固定把手及伺服电机；

两块固定块与所述x轴运动机构连接固定；加载电缸通过轴承设于两块固定块之间，轴承的端部连接有树脂固定把手，操作树脂固定把手使得加载电缸绕x轴旋转；所述压力传感器通过连接轴连接固定在加载电缸的输出轴上，通过旋转加载电缸使得所述压力传感器末端的所述载荷工装与所述试品的被测表面贴合；加载电缸上设有伺服电机，伺服电机在所述控制系统控制下驱动加载电缸，使得加载电缸通过所述载荷工装向所述试品施加载荷；在施加载荷过程中利用磁性开关检测加载电缸的活塞位置，并将检测到的信号反馈给所述控制系统。

优选地，所述x轴运动机构包括两组电动丝杠、两组滑台、两组伺服电机、两组接近开关及两组压块；

两组电动丝杠上、下布置，且分别通过两组压块与所述z轴运动机构连接固定；两组滑台固定在两组电动丝杠上，每组滑台的上部及中部分别固定在两组电动丝杠上；两个所述加载机构的所述固定块分别固定在两组滑台的底面；两组伺服电机在所述控制系统的控制下分别带动两组电动丝杠上的两组滑台沿x轴直线运动；两组电动丝杠中任意一组电动丝杠的左右两端分别设有一组接近开关，从而通过两组接近开关限定两组滑台运动的左极限位及右极限位，两组接近开关与所述控制系统连接。

优选地，所述z轴运动机构包括两组重型电动滑台、同步杆、两组支撑件、两组压块、一组伺服电机及两组接近开关；

两组重型电动滑台左、右布置，且两组重型电动滑台的顶端分别垂直设于两组所述电动丝杠的左、右两端，同时，两组重型电动滑台的底端分别通过两组压块与所述y轴运动机构连接固定；两组支撑件左、右布置，每组支撑件的上端与同侧的重型电动滑台的上端铰接，下端与所述y轴运动机构连接固定，从而使同侧的支撑件、重型电动滑台与y轴运动机构共同构成三角形支撑结构；两组重型电动滑台之间设有同步杆，同步杆与伺服电机相联结，伺服电机在所述控制系统的控制下通过同步杆使得两组重型电动滑台沿z轴同步直线运动；两组重型电动滑台中任意一组重型电动滑台的上、下两端分别设有一组接近开关，从而通过两组接近开关限定两组重型电动滑台运动的上极限位及下极限位，两组接近开关与所述控制系统连接。

优选地，所述y轴运动机构包括一组主动重型电动滑台、一组从动重型电动滑台、两组接近开关、两组压块及两组伺服电机；

一组主动重型电动滑台及一组从动重型电动滑台左、右布置并分别通过两组压块固定在所述底座上，两组所述支撑件的下端与同侧的主动重型电动滑台或从动重型电动滑台铰接，从而使同侧的所述支撑件、所述重型电动滑台与主动重型电动滑台或从动重型电动滑台共同构成三角形支撑结构；两组伺服电机在所述控制系统的控制下分别带动一组主动重型电动滑台和一组从动重型电动滑台沿y轴同步直线运动；主动重型电动滑台的前、后两端分别设有一组接近开关，从而通过两组接近开关限定主动重型电动滑台及一组从动重型电动滑台运动的前极限位及后极限位，两组接近开关与所述控制系统连接。

优选地，所述底座由矩形钢和方钢焊接而成。

本发明提供了一种可以适用于服务机器人，包括导引机器人、电动平衡车及扫地机器人等，且具有多自由度通用性、可同步性、可扩展性的静态载荷试验装置。与现有的载荷性能检测装置相比，本发明具有以下特点：

1)测试项目完善，可根据实际需要模拟多种服务机器人实际工作环境下的载荷情况，如踏板载荷、人体倚靠等，使得测试结果更符合实际；

2)被测对象覆盖广，可适应大部分轮式机器人与服务机器人的尺寸需求；

3)可全方位覆盖被测物，可从机器各角度进行测试；

4)可扩展性强，加载机构可根据不同试验要求进行快速更换，替换为符合实际工况的加载装置，从而模拟人体脚掌、手掌等各部位的施力状态。

附图说明

图1为本发明提供的一种静态载荷试验装置三维设计图；

图2为本发明提供的一种静态载荷试验装置右视图；

图3为加载机构局部图；

图4为底座转台局部图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供的一种静态载荷试验装置，包括载荷系统、底座转台和底座。

载荷系统主要包括y轴运动机构、z轴运动机构、x轴运动机构、加载机构，各机构与控制系统电连接。

如图1及图2所示，y轴运动机构包括一组主动重型电动滑台1-1、一组从动重型电动滑台1-2、两组接近开关1-3、两组压块1-4、两组伺服电机1-5。

两组伺服电机1-5分别带动一组主动重型电动滑台1-1和一组从动重型电动滑台1-2沿y轴同步直线运动。两组接近开关1-3安装固定在一组主动重型电动滑台1-1两端。两组压块1-4分别用于固定一组主动重型电动滑台1-1和一组从动重型电动滑台1-2。

z轴运动机构包括两组重型电动滑台2-1、同步杆2-2、两组支撑件2-3、两组压块2-4、一组伺服电机2-5、两组接近开关2-6。

一组伺服电机2-5带动同步杆2-2联动两组重型电动滑台2-1沿z轴同步直线运动。两组接近开关2-6安装固定在一组重型电动滑台2-1两端。两组压块2-4分别用以固定两组重型电动滑台2-1。

y轴运动机构与z轴运动机构垂直安装，两组支撑件2-3分别与两组z轴重型电动滑台2-1、y轴主动重型电动滑台1-1、y轴从动重型电动滑台1-2结构连接，使y轴运动机构1、z轴运动机构2、支撑件2-3形成直角三角形结构。

x轴运动机构包括两组电动丝杠3-1、两组滑台3-2、两组伺服电机3-3、两组接近开关3-4、两组压块3-5。

两组电动丝杠3-1与分别与两组z轴重型电动滑台2-1垂直安装，两组伺服电机3-3分别带动两组电动丝杠3-1上的两组滑台3-2沿x轴直线运动。两组接近开关3-4安装固定在一组电动丝杠3-1两端。两组压块3-5分别用以固定两组电动丝杠3-1。

结合图3，加载机构包括两组固定块4-1、两组加载电缸4-2、两组磁性开关4-3、两组连接轴4-4、两组压力传感器4-5、两组树脂固定把手4-6、两组伺服电机4-7。

两组固定块4-1分别与x轴运动机构的两组滑台3-2螺丝紧固连接。用轴承和树脂固定把手4-6分别将两组加载电缸4-2与两组固定块4-1连接安装。两组连接轴4-4分别与两组加载电缸4-2连接，连接轴4-4末端安装压力传感器4-5。两组磁性开关4-3分别安装在两组加载电缸4-2上。两组伺服电机4-7带动两组加载电缸4-2直线运动。两组加载电缸4-2也可以绕x轴旋转。

本发明中，有两个加载机构，因此本发明具有两个可以同步施加载荷的装置，且施力的方向、大小、维持时间、频率、循环次数、被测试品形变量可根据试验要求进行设置和采集。

结合图4，底座转台包括回转电机5-1、大底板5-2、底部型材架5-3、型材架5-4、小底板5-5、回转驱动5-6。回转电机5-1与控制系统电连接。可用t型螺栓和螺母将型材架5-4固定在底部型材架5-3表面，以支撑试品。大底板5-2与底部型材架5-3固定连接。回转驱动5-6两面与大底板5-2和小底板5-5固定连接。回转电机5-1与回转驱动5-6连接。底座转台5可以绕z轴360°旋转。

底座转台与底座连接固定。底座包括矩形钢6-1、方钢6-2，矩形钢6-1和方钢6-2焊接成组。

下面结合图面说明对本发明做进一步详细说明。

y轴运动机构：通过plc模块控制伺服驱动，实现伺服电机1-5运行，带动主动重型电动滑台1-1运行，使从动重型电动滑台1-2与主动重型电动滑台1-1沿y轴同步直线运动。

z轴运动机构：通过plc模块控制伺服驱动，实现伺服电机2-5运行，带动同步杆2-2运行，使两组重型电动滑台2-1沿z轴同步直线运动。

x轴运动机构：通过plc模块控制伺服驱动，实现伺服电机3-3运行，带动两组电动丝杠3-1运行，使两组滑台3-2沿x轴直线运动。

加载机构：通过plc模块控制伺服驱动，实现伺服电机4-7运行，带动加载电缸4-2的运行。

底座转台：通过plc模块控制伺服驱动，实现回转电机5-1运行，带动回转驱动5-6的运行，实现底座转台5的360°旋转。

以上运动方式均可通过触摸屏的操作实现。

为便于理解，下面将以平衡车踏板静态载荷试验作为案例进行叙述。

1)试验准备：根据静态载荷试验的要求，以及被测面的形状面积和施加载荷的压力大小，确定载荷工装的材料及形状后加工定制，并将载荷工装固定在加载机构的压力传感器4-5的末端。

2)试品固定：将平衡车放置在底座转台的底部型材架5-3上，利用型材架5-4固定。通过y轴运动机构、z轴运动机构、x轴运动机构、加载机构以及底座转台的调整，将平衡车被测表面与载荷工装表面相贴合。

3)定位：通过触摸屏操作，可实现各轴运动机构运动。其中x轴运动机构实现加载机构沿x轴直线运动，y轴运动机构实现加载机构沿y轴直线运动，z轴运动机构实现加载机构沿z轴直线运动，从而实现三维空间的初步定位。并通过触摸屏操作，实现底座转台绕z轴旋转，使加载机构接近平衡车被测表面。通过调节树脂固定把手4-6实现加载电缸4-2绕x轴旋转，使压力传感器4-5末端的载荷工装与平衡车被测表面贴合。

4)测试过程：通过触摸屏设置载荷压力、持续时间、载荷频率、循环次数等参数。显示器显示记录载荷压力及被测表面形变量的数值和波形。