機器人單腿沖擊控制實驗平臺制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種機器人單腿沖擊控制實驗平臺，它包括一個集成控制器、一個機器人腿提升裝置、一個試驗臺支架、靜態(tài)加載裝置、一個六維力傳感器、一個五維力測力平臺；所述試驗臺支架包括試驗臺支架底座和試驗臺支架立柱；其中，所述集成控制器固定在試驗臺支架底座上，所述機器人腿提升裝置固定在試驗臺支架上，所述靜態(tài)加載裝置固定在機器人腿提升裝置上，所述六維力傳感器安裝在提升裝置和機器人軀干之間，所述五維測力平臺固定在六維力傳感器下方的地面上。本發(fā)明專利技術(shù)提出的機器人單腿沖擊控制試驗平臺可以獲得不同恒定負(fù)載下單腿彈跳運動的動態(tài)響應(yīng)特性及短時大沖擊力作用下單腿的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等指標(biāo)。該平臺結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、可靠。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種機器人關(guān)鍵單元的測試設(shè)備，尤其涉及一種機器人單腿沖擊控制實驗平臺。
技術(shù)介紹
機器人是一個串并聯(lián)-多支鏈的非線性系統(tǒng)，其參數(shù)強時變，在動態(tài)步行時靜不穩(wěn)定，獲取的地形信息存在不確定性，在動步態(tài)快速運動、地形變化和受到外界沖擊時極易失穩(wěn)，如何實現(xiàn)機器人在上述情況下的姿態(tài)穩(wěn)定是四足仿生機器人研制的成敗點。針對機器人-地面交互作用的瞬間性和用于交互作用研究的計算機視覺信息的不確定性特點，結(jié) 合機器人對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性要求，本專利技術(shù)首次提出一種適于足式機器人-地面沖擊刻畫與定量表征的一種單腿沖擊控制開發(fā)與性能測試平臺。該測試平臺適用于足式液壓驅(qū)動機器人在短時大沖擊力作用下單腿的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試、液壓系統(tǒng)可靠性測試、不同恒定負(fù)載下單腿彈跳運動的動態(tài)響應(yīng)特性測試、單腿力反饋控制等多項控制策略的開發(fā)與研究。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，董拯，2010年碩士畢業(yè)論文“單足跳躍機器人驅(qū)動器設(shè)計與垂直跳躍控制研究”，提出進(jìn)行彈簧質(zhì)量塊模型自由落體的沖擊實驗。采用GA-LS算法對實驗沖擊波形進(jìn)行了曲線擬合，得到了沖擊波形的表達(dá)形式，這只是用來估算出跳躍機器人每次落地最低點的時刻。不能用來研究測試短時大沖擊力作用下單腿的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)的可靠性、單腿彈跳的動態(tài)響應(yīng)特性，也不能用來研究機器人單腿力反饋控制等控制策略。中國專利文獻(xiàn)CN102556197A公開了 “一種多足步行機器人單腿實驗平臺”，該單腿實驗平臺由單腿實驗平臺機械本體和單腿實驗平臺控制系統(tǒng)組成。單腿實驗平臺機械本體包括單腿實驗平臺框架、步行機器人單腿和實驗平臺高度調(diào)節(jié)裝置。單腿實驗平臺框架由固定支架、滑動臺和傳感器安裝板組組成。實驗平臺高度手動調(diào)節(jié)。兩個高度傳感器和一個水平線位移傳感器安裝在實驗平臺框架上，測量機器人腿和實驗平臺框架的相對位置。力傳感器安裝在機器人小腿上，用于測量步行機器人單腿與地面之間的作用力。編碼器測量機器人腿各個關(guān)節(jié)伺服電機的轉(zhuǎn)動角度。該單腿實驗平臺可以獲得實驗平臺的高度、步行機器人單腿在行進(jìn)過程中臀部的高度變化曲線、步行機器人單腿的運動速度。可以獲得機器人單腿與地面之間的作用力，由于機器人各關(guān)節(jié)伺服電機輸出力沒有對應(yīng)傳感器測量，所以該實驗平臺只能實現(xiàn)機器人位置控制策略的研究，以及基于足底力反饋的以位置控制系統(tǒng)作基礎(chǔ)的阻抗控制的調(diào)試研究。力傳感器安裝在機器人腿上，不能直接反映機器足與地面的交互，力傳感器的測量值受其安裝位置的影響。該測試平臺適用于足式液壓驅(qū)動機器人在短時大沖擊力作用下單腿的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試、液壓系統(tǒng)可靠性測試、不同恒定負(fù)載下單腿彈跳運動的動態(tài)響應(yīng)特性測試、單腿力反饋控制等多項控制策略的開發(fā)與研究。中國專利文獻(xiàn)CN202188963U公開了“一種足式機器人行走能力試驗裝置”使用時，通過控制各個電機的轉(zhuǎn)動，支撐架可以同時做出俯仰偏轉(zhuǎn)和橫滾偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動機構(gòu)固定在支撐架之上，也能夠做出俯仰偏轉(zhuǎn)和橫滾偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對全地形的模擬。該足式機器人行走能力試驗裝置僅僅適用于機器人整機試驗的地形模擬。不能直接刻畫機器人與地面的交互，也不能用于機器人單腿測試。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了解決上述問題，提供一種機器人單腿沖擊控制實驗平臺，它具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、安裝方便的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案 一種機器人單腿沖擊控制實驗平臺，它包括一個集成控制器、一個機器人腿提升裝置、一個試驗臺支架、靜態(tài)加載裝置、一個六維力傳感器、一個五維力測力平臺；所述試驗臺支架包括試驗臺支架底座和試驗臺支架立柱；其中，所述集成控制器固定在試驗臺支架底座上，所述機器人腿提升裝置固定在試驗臺支架上，所述靜態(tài)加載裝置固定在機器人腿提升 裝置上， 所述六維力傳感器安裝在提升裝置上，所述五維力測力平臺固定在六維力傳感器下方的相應(yīng)地面上。所述機器人腿提升裝置包括定滑輪、鋼絲繩、機器人腿連接支架、直線導(dǎo)軌、兩個滑塊、線位移傳感器、繞繩轉(zhuǎn)輪、繞繩轉(zhuǎn)輪支架、電磁離合器、伺服電機、伺服電機固定支架，所述伺服電機自帶法蘭盤；所述定滑輪安裝在試驗臺支架立柱頂端，所述直線導(dǎo)軌安裝在試驗臺支架立柱上，所述兩個滑塊沿直線導(dǎo)軌滑動，所述機器人腿連接支架固定在兩個滑塊上，所述線位移傳感器固定在試驗臺支架立柱上并與直線導(dǎo)軌平行，所述線位移傳感器的移動部分與機器人腿連接支架連接；所述繞繩轉(zhuǎn)輪支架和伺服電機固定支架均固定在試驗臺支架底座上，所述繞繩轉(zhuǎn)輪固定在繞繩轉(zhuǎn)輪支架上，所述伺服電機固定在伺服電機固定支架上，所述伺服電機的輸出軸與電磁離合器的輸入軸連接，電磁離合器輸出軸上的鍵卡在繞繩轉(zhuǎn)輪的鍵槽上，所述繞繩轉(zhuǎn)輪上的鋼絲繩經(jīng)過試驗臺支架立柱頂端的定滑輪與機器人腿連接支架連接。所述靜態(tài)加載裝置為。所述機器人腿連接支架包括機器人腿連接支架底面支撐板和機器人腿連接支架側(cè)面支撐板，在機器人腿連接支架側(cè)面支撐板設(shè)有機器人腿連接支架第一支耳和機器人腿連接支架第二支耳；所述機器人腿連接支架側(cè)面支撐板分別與兩個滑塊連接；所述機器人腿連接支架第一支耳與鋼絲繩連接，所述機器人腿連接支架第二支耳與線位移傳感器移動部分連接。所述機器人單腿總成包括，一個機器人軀干、一個機器人臀部、一個機器人大腿、一個機器人小腿、一個臀部液壓伺服驅(qū)動器、一個大腿液壓伺服驅(qū)動器、一個小腿液壓伺服驅(qū)動器，其中，機器人小腿通過小腿液壓伺服驅(qū)動器與機器人大腿連接，機器人大腿通過大腿液壓伺服驅(qū)動器與機器人臀部連接，機器人臀部通過臀部液壓伺服驅(qū)動器與機器人軀干連接。所述六維力傳感器一端安裝在機器人腿連接支架底面支撐板上，一端安裝在機器人單腿總成的機器人軀干上。所述液壓伺服驅(qū)動器包括，一個活塞桿、一個力傳感器、一個線位移傳感器，一個電液伺服閥，一個液壓缸；其中，所述線位移傳感器上設(shè)置液壓缸，液壓缸上設(shè)置電液伺服閥，液壓缸和力傳感器之間通過活塞桿連接。機器人單腿沖擊試驗平臺工作時，電磁離合器通電閉合，伺服電機帶動繞繩轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，鋼絲繩經(jīng)由定滑輪提升機器腿連接支架，沿直線導(dǎo)軌向上運動，從而提升靜態(tài)加載裝置及與機器人腿連接支架相連的六維力傳感器、機器人單腿總成。線位移傳感器反饋信息與伺服電機控制系統(tǒng)形成位置閉環(huán)，精確控制機器人單腿總成的提升高度。電磁離合器斷電時，在重力作用下機器人單腿總成、六維力傳感器、靜態(tài)加載裝置、機器人腿連接支架作近似自由落體運動(滑塊與直線導(dǎo)軌，鋼絲繩與繞繩轉(zhuǎn)輪，鋼絲繩與定滑輪之間的摩擦力都很小，可以忽略)。六維力傳感器可以精確檢測到靜態(tài)加載裝置施加給機器人單腿總成的力。五維測力平臺可以精確反映機器人足底作用給地面的力。重復(fù)上述過程，可以獲取短時大沖擊力作用下單腿的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及液壓系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。改變靜態(tài)加載裝置質(zhì)量塊的質(zhì)量可以獲得不同恒定負(fù)載下機器人單腿彈跳運動的動態(tài)響應(yīng)特性。 集成控制器利用五維測力平臺所測到的機器人單腿總成與地面之間的作用力信號，及機器人單腿總成的各力傳感器測到的作用力信號對機器人單腿總成進(jìn)行力閉環(huán)控制；集成控制器利用五維測力平臺所測到的機器人單腿總成與地面之間的作用力信號，及機器人單腿總成的各線位移傳感器測到的位移信號，對機器人單腿總成進(jìn)行阻抗控制。利用五維測力平臺所測到的機器人單腿總成與地面之間的力信號，及機器人單腿總成各力傳感器、線位移傳感器測到的信號，控制機器人單腿總成各個液壓伺服閥動作，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種機器人單腿沖擊控制實驗平臺，其特征是，它包括一個集成控制器、一個機器人腿提升裝置、一個試驗臺支架、靜態(tài)加載裝置、一個六維力傳感器、一個五維力測力平臺；所述試驗臺支架包括試驗臺支架底座和試驗臺支架立柱；其中，所述集成控制器固定在試驗臺支架底座上，所述機器人腿提升裝置固定在試驗臺支架上，所述靜態(tài)加載裝置固定在機器人腿提升裝置上，所述六維力傳感器安裝在提升裝置上，所述五維力測力平臺固定在六維力傳感器下方的相應(yīng)地面上。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種機器人單腿沖擊控制實驗平臺，其特征是，它包括ー個集成控制器、一個機器人腿提升裝置、一個試驗臺支架、靜態(tài)加載裝置、一個六維カ傳感器、一個五維力測カ平臺；所述試驗臺支架包括試驗臺支架底座和試驗臺支架立柱；其中，所述集成控制器固定在試驗臺支架底座上，所述機器人腿提升裝置固定在試驗臺支架上，所述靜態(tài)加載裝置固定在機器人腿提升裝置上，所述六維力傳感器安裝在提升裝置上，所述五維力測カ平臺固定在六維カ傳感器下方的相應(yīng)地面上。2.如權(quán)利要求I所述機器人單腿沖擊控制實驗平臺，其特征是，所述機器人腿提升裝置包括定滑輪、鋼絲繩、機器人腿連接支架、直線導(dǎo)軌、兩個滑塊、線位移傳感器、繞繩轉(zhuǎn)輪、繞繩轉(zhuǎn)輪支架、電磁離合器、伺服電機、伺服電機固定支架，所述伺服電機自帶法蘭盤；所述定滑輪安裝在試驗臺支架立柱頂端，所述直線導(dǎo)軌安裝在試驗臺支架立柱上，所述兩個滑塊沿直線導(dǎo)軌滑動，所述機器人腿連接支架固定在兩個滑塊上，所述線位移傳感器固定在試驗臺支架立柱上并與直線導(dǎo)軌平行，所述線位移傳感器的移動部分與機器人腿連接支架連接；所述繞繩轉(zhuǎn)輪支架和伺服...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李貽斌，王海燕，阮久宏，榮學(xué)文，
申請(專利權(quán))人：山東大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：