本发明属于扭矩实验，更具体地，涉及一种用于钢丝的自动扭转试验系统及方法。
背景技术：
1、桥梁的缆索为大量钢丝组合而成，为保证缆索的性能，需要对钢丝进行取样试验，其中一项重要的试验内容为扭转试验，传统的扭转试验机通过人工将需要检测的钢丝放置于试验机上，利用夹紧装置对其进行夹紧，再通过旋转机构驱动夹紧装置的一端，使得夹紧装置的两端产生相对运动而实现对钢丝的扭转。然而这种试验装置仅能满足低频次的试验要求，在高频率的进行试验时，该装置无法满足试验所需的效率要求，且在需要对多种型号的钢丝进行试验时，该装置也无法实现多种规格之间的切换。
2、公开号为cn106153328b的中国专利公开了一种拉伸试验机用螺旋副推力扭矩关系测试装置，包括支架、用于与拉伸试验机一端连接的上转接轴、用于与拉伸试验机另一端连接的下转接装置、与下转接装置和支架上端连接的牵引换向装置以及与牵引换向装置连接的配重装置，利用旋转盘、滑轮和钢丝绳等结构巧妙地将配重块的拉力转换为螺旋副的扭矩输出，结构简单、造价低廉；该装置利用拉伸试验机方便地测试出螺旋副全导程下的推力扭矩关系，特别是能够方便地测试出指定输出扭矩下的全导程推力，操作简单，测量方便。
3、但是，公开号为cn106153328b的中国专利，在面对高频率的试验要求时，其还是无法保证试验的时效，造成装置的试验效果不达标。因此，急需一种用于钢丝的自动扭转试验系统及方法，满足高频率试验的要求，同时实现多种规格钢丝之间的切换。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于钢丝的自动扭转试验系统及方法，将扭转试验机、上下料机器人以及上料台通过自动化模块控制，使所述上下料机器人自动将上料台上的钢丝试样夹至所述扭转试验机上进行扭转试验，试验完成后，将废弃的钢丝试样再夹至所述下料台上，整个过程中无需人工干涉，全自动完成多组钢丝试样的试验，保证试验效率的同时，保证其对各种规格钢丝之间转化时试验的准确性。
2、为实现以上目的，按照本发明实施例的第一方面，提供一种用于钢丝的自动扭转试验系统，包括：
3、底板，所述底板固定于地面上，内部设有多条管线；
4、设于所述底板上的上下料机器人，所述上下料机器人包括设有多个旋转关节的机械臂，所述机械臂的前端设有抓手和工业相机；
5、设于所述底板上的上料台，所述上料台底部为旋转底座，所述旋转底座上旋转连接有下支撑板，所述下支撑板的顶面通过连接杆连接有上支撑板，钢丝试样预存于所述下支撑板与上支撑板的边缘；
6、设于所述底板上的下料台，所述下料台上设有多个用于存放废钢丝试样的凹槽；
7、以及设于所述底板上的扭转试验机，所述扭转试验机包括壳体，所述壳体内部设有固定端夹具与移动端夹具，二者之间通过伸缩板相连，所述移动端夹具的一端还连接有配重块，自动完成多组钢丝试样的试验，保证试验效率。
8、进一步地，所述壳体内部镂空，中间设有水平隔板将其分隔为上下两个空腔，上部空腔中一端设有竖直隔板将其分为传动腔与操作腔，该竖直隔板上开有大孔将传动腔与操作腔连通；
9、所述操作腔的正面设置有与其以滑轨滑动连接的推拉门，该推拉门上设置有把手，且该推拉门的中间部分镂空，镂空部分安装有防爆玻璃，内衬面还设置有防溅网。
10、进一步地，所述固定端夹具设于固定端底座上，所述固定端底座固定于所述壳体的传动腔内的水平隔板上，其底部为一横板，两端均设有竖板，竖板与横板之间设有加强筋，且两端竖板上均开有圆孔，孔内安装有轴承座；
11、所述固定端夹具一端为夹具本体，所述固定端夹具的夹具本体穿过所述壳体的竖直隔板，置于所述操作腔内；
12、所述固定端夹具的夹具本体背面固定连接有传动轴，该传动轴以轴承连接于所述固定端底座的轴承座内，且所述传动轴的后端设有大皮带轮，所述传动轴为空心轴，且其内部设有液压管路，与前端的夹具本体相连，为所述夹头提供夹紧动力；
13、所述固定端夹具通过电机提供动力，所述电机与大皮带轮通过皮带相连。
14、进一步地，所述移动端夹具设于移动端底座上，所述移动端底座底部也为一横板，其一端设有，竖板与横板之间设有加强筋，且横板底部四角固定有滑块，该滑块与所述壳体的水平隔板之间滑动连接，竖板上开有圆孔；
15、所述移动端夹具一端为夹具本体，该夹具本体正面的夹头为成对对向设置；
16、所述移动端夹具的夹具本体背面固定连接有固定轴，该固定轴通过法兰与所述移动端底座竖板上的圆孔固定连接，所述固定轴为空心轴，其内部设有液压管路，与前端的夹具本体相连，为所述夹头提供夹紧动力。
17、进一步地，所述操作腔的靠近移动端夹具一端为镂空设置，于镂空处所述水平隔板上固定有吊具，所述吊具两侧为l形支撑板，该支撑板前端旋转连接有滑轮；
18、所述移动端夹具的一端还固定有拉力板，该拉力板的前端设有一吊环，且该前端设于所述吊具两侧的l型支撑板之间，所述配重块通过钢索与拉力板前端的吊环连接，且钢索绕过所述吊具的滑轮。
19、进一步地，所述机械臂的前端设置有z形安装板，该z形安装板的上横板固定于所述机械臂的前端；
20、所述抓手设于上横板的背面，后端为固定于所述z形安装板上的液压盒，所述液压盒内部设有两个液压缸，液压缸的输出端均固定有夹爪，两个夹爪相向的位置设置有多个柱面凹槽，用于夹取钢丝试样；
21、所述工业相机设于z形安装板的竖板上。
22、进一步地，所述上支撑板与下支撑板，通过所述旋转底座带动下支撑板与上支撑板同步转动；
23、所述下支撑板的边缘向上凸起，凸起部分向内沿边缘等距设置有多个半圆孔形成半圆孔阵列，所述上支撑板与其对应位置向外沿边缘等距设置有半圆孔阵列；
24、所述上支撑板的边缘向上延伸形成顶面开放的盒体，用于临时存放工具用品。
25、按照本发明实施例的另一方面，提供一种用于钢丝的自动扭转试验方法，包括：
26、s100、确认系统各部件连接正常，液压组件、控制组件及电气系统预启动并检测运行状态，通过控制组件设置试验参数，如扭转速度、角度、所需拉力等，以适应不同规格钢丝的测试要求；
27、s200、工业相机对放置于上料台上的钢丝试样进行识别和定位；上下料机器人利用夹爪夹取特定规格的钢丝试样，将钢丝试样平稳转移至扭转试验机的操作腔内，固定端夹具与移动端夹具自动调节距离并将钢丝试样夹紧；
28、s300、启动电机，带动固定端夹具转动对钢丝试样提供扭转力，并自动采集包括扭转角度、力值以及钢丝试样表面变化在内的信息；
29、s400、固定端夹具与移动端夹具松开钢丝试样，上下料机器人将试验完成后的钢丝试样转移至下料台上暂存，开始对下一钢丝试样进行试验；
30、s500、系统自动输出试验数据以及监测的结果，生成试验报告，对扭转试验机和下料台进行清理。
31、进一步地，步骤s300中，试验时还包括模型预测控制，用于模拟预测并通过优化算法确定当前的最佳控制动作，本系统中用于更精确的控制扭矩和角度，其控制方程为：
32、
33、其中，u为控制输入序列，即接下来要施加的控制动作序列，
34、yk|k为在时间k基于当前模型预测的状态或输出，
35、rk为期望的目标序列，
36、np为预测范围，
37、q为输出误差的加权矩阵，
38、控制动作变化的加权矩阵。
39、进一步地，在模型预测控制时还利用自适应控制律估计系统参数并调整控制器参数，以应对系统参数随时间或环境条件的变化，维持控制性能，所述自适应控制律为：
40、
41、其中，kp(t)为控制器的比例增益函数，
42、ki(t)ki(t)为控制器的积分增益函数，
43、kd(t)为控制器的微分增益函数，
44、e(t)为参考信号与过程变量之间的误差；
45、所述积分增益函数ki(t)为：
46、
47、其中，γi为控制误差累积到积分作用的速率的调整参数，
48、δi为控制积分增益的更新速率的调整参数；
49、所述微分增益函数kd(t)为：
50、
51、其中，γd为控制误差变化率调整微分作用灵敏度的调整参数，
52、δd为限制微分增益的变动范围的调整参数。
53、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
54、1.本发明的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，将扭转试验机、上下料机器人以及上料台通过自动化模块控制，使所述上下料机器人自动将上料台上的钢丝试样夹至所述扭转试验机上进行扭转试验，试验完成后，将废弃的钢丝试样再夹至所述下料台上，整个过程中无需人工干涉，全自动完成多组钢丝试样的试验，保证试验效率的同时，保证其对各种规格钢丝之间转化时试验的准确性。
55、2.本发明的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，配重块为伸缩板平衡自身重量以及伸缩时产生的惯性力，防止伸缩板因自重造成运动不畅或无法保持预定位置；通过合理配置配重块重量，优化伸缩板的动态平衡，减少震动和摆动，提升伸缩板移动的平稳性和稳定性；在实验过程中，有效防止伸缩板因包括震动、气流在内的外部干扰而产生不必要的摇晃，从而影响钢丝试样的受力。
56、3.本发明的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，上料台的上下支撑板边缘半圆孔的设置为多种直径，以满足各种直径钢丝试样的直径，避免放置于其上的钢丝试样掉落，且便于上下料机器人夹取钢丝试样。
1.一种用于钢丝的自动扭转试验系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，其特征在于，所述壳体(201)内部镂空，中间设有水平隔板将其分隔为上下两个空腔，上部空腔中一端设有竖直隔板将其分为传动腔与操作腔，该竖直隔板上开有大孔将传动腔与操作腔连通；
3.根据权利要求2所述的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，其特征在于，所述固定端夹具(203)设于固定端底座(202)上，所述固定端底座(202)固定于所述壳体(201)的传动腔内的水平隔板上，其底部为一横板，两端均设有竖板，竖板与横板之间设有加强筋，且两端竖板上均开有圆孔，孔内安装有轴承座；
4.根据权利要求2所述的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，其特征在于，所述移动端夹具(207)设于移动端底座(206)上，所述移动端底座(206)底部也为一横板，其一端设有，竖板与横板之间设有加强筋，且横板底部四角固定有滑块，该滑块与所述壳体(201)的水平隔板之间滑动连接，竖板上开有圆孔；
5.根据权利要求4所述的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，其特征在于，所述操作腔的靠近移动端夹具(207)一端为镂空设置，于镂空处所述水平隔板上固定有吊具(209)，所述吊具(209)两侧为l形支撑板，该支撑板前端旋转连接有滑轮；
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，其特征在于，所述机械臂(302)的前端设置有z形安装板，该z形安装板的上横板固定于所述机械臂(302)的前端；
7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于钢丝的自动扭转试验系统，其特征在于，所述上支撑板(403)与下支撑板(402)，通过所述旋转底座(401)带动下支撑板(402)与上支撑板(403)同步转动；
8.一种用于钢丝的自动扭转试验方法，应用如权利要求1-7中任一项所述的一种用于钢丝的自动扭转试验系统实现，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的一种用于钢丝的自动扭转试验方法，其特征在于，步骤s300中，试验时还包括模型预测控制，用于模拟预测并通过优化算法确定当前的最佳控制动作，本系统中用于更精确的控制扭矩和角度，其控制方程为：
10.根据权利要求9所述的一种用于钢丝的自动扭转试验方法，其特征在于，在模型预测控制时还利用自适应控制律估计系统参数并调整控制器参数，以应对系统参数随时间或环境条件的变化，维持控制性能，所述自适应控制律为：
