[發明專利]一種適用于柔性腿式機器人的性能測試裝置

無效

• 申請號: 201110390568.5
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102494910A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 畢樹生;周曉東;趙宏哲;王雯靜
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種適用于柔性腿式機器人的性能測試裝置。該性能測試裝置是將柔性腿式機器人的運動限制在平面上，通過三個被動的轉動副和高速攝像頭間接測得機器人的跳躍高度、奔跑速度、能量效率等性能指標。

背景技術

柔性腿式機器人的性能測試裝置對于改進奔跑(或跳躍)機器人結構、提高其能量效率和速度具有重要意義。

柔性腿式機器人是指將柔性機構(或單元)引入機器人腿部結構中，利用柔性腿末端與地面或基板接觸過程中，柔性腿所產生的彈性變形儲存應變能，在離地瞬間釋放的特性，實現快速奔跑或跳躍。因此，這種機器人具備一定的越障能力和較高的能量效率。從而被廣泛地應用于星際探測、災后營救和軍事偵察等領域。因此，對柔性腿式機器人的奔跑速度、跳躍高度、能量效率等性能指標進行評估具有重要的工程意義，有必要設計一種測試裝置來定量測量這些指標。基于此，本發明提出了一種用于測試柔性腿機器人上述性能指標的裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于柔性腿式機器人的性能測試裝置，該裝置是基于柔性腿機器人動力學分析模型所得到的各種參數，設計了一種用于驗證該動力學分析模型準確性和測試機器人性能的機械結構，對于柔性腿機器人的設計提供直觀參考。本發明性能測試裝置僅通過對柔性腿式機器人的單個柔性腿進行奔跑(或跳躍)測試，通過采集的運動副參數(α，β，γ)與圖像采集信息進行融合得到將要設計的柔性腿式機器人的形狀、截面參數、材料等結構參數對性能的影響，避免了傳統采用設計好的樣機進行性能測試。

本發明是一種適用于柔性腿式機器人的性能測試裝置，該裝置包括有運動傳遞組件2、旋轉支撐組件3、基板4、支撐架6和圖像采集器5；圖像采集器5安裝在支撐架6上，支撐架6安裝在基板4的左端板面上，旋轉支撐組件3安裝在基板4的右端板面上；運動傳遞組件2的空心連接桿21的右端與旋轉支撐組件3的T形架35的連桿35G通過銷釘與銷孔的配合實現連接；運動傳遞組件2的法蘭23與柔性腿式機器人1的機器人機體12連接。為了使圖像采集器5能夠充分的記錄下柔性腿式機器人1的奔跑(或跳躍)過程，圖像采集器5與運動傳遞組件2在安裝時保證在同一連桿中心線上。

當實驗人員將柔性腿式機器人1抬升至測試高度，然后釋放柔性腿式機器人1；實驗人員在釋放時，打開柔性腿式機器人1電源開關使舵機11進入工作狀態，舵機11的運動帶動了柔性腿13擺動；此時，柔性腿式機器人1在重力的作用下柔性腿末端14與基板4(或者地面)相碰撞，在碰撞過程中，柔性腿13被壓縮產生彈性變形，且隨著變形量的逐漸增大所儲存的應變能量也隨之增加；由于柔性腿13的自動恢復特性，柔性腿13所儲存的彈性勢能被瞬間釋放，柔性腿式機器人1將產生奔跑(或者跳躍)運動，從而帶動空心連接桿21、俯仰軸38和旋轉軸31運動，上述三個零件的運動被三個編碼器所以記錄。本發明設計的性能測試裝置應用三個運動副實現機構的解耦，有利于柔性腿式機器人1在奔跑(或者跳躍)運動時的性能測量；柔性腿式機器人1在彈性勢能被瞬間釋放條件下，將產生奔跑(或者跳躍)運動，該運動分別被第一角度編碼器22、第二角度編碼器33和第三角度編碼器36采集，所述第一角度編碼器22采集的是第一運動副1A轉動的角度，所述第二角度編碼器33采集的是第三運動副1C轉動的角度，所述第三角度編碼器36采集的是第二運動副1B轉動的角度；柔性腿式機器人1的運動將以角位移的形式反映在本發明性能測試裝置的三個角度編碼器上。

本發明一種適用于柔性腿式機器人的性能測試裝置具有如下優點：(1)用三個旋轉中心相互垂直的轉動副代替球鉸，可以方便地獲得彼此解耦的運動參數，即機器人的俯仰、跳躍高度、前進速度等數據；(2)直接將三個編碼器與對應的轉軸共線布置，保證了運動角度的精確采集；(3)空心連接桿(即約束桿)選用空心玻璃纖維管材，有效地降低了實驗裝置自身對機器人動力學性能的影響；結構簡單、成本低；(4)引入了高速攝像頭來測量機器人與地面碰撞過程中柔性腿的變形，方便研究柔性腿的剛度及儲能特性。由于該實驗裝置中，機器人與測試裝置之間通過法蘭相連接，易于更換。因此，可應用于該類型的其它機器人的性能測試，具有一定的通用性。

附圖說明

圖1是本發明柔性腿式機器人性能測試裝置的結構圖。

圖1A是本發明柔性腿式機器人性能測試裝置的俯視圖。

圖2是本發明運動傳遞組件的結構圖。

圖2A是本發明運動傳遞組件中法蘭的剖視圖。

圖2B是本發明運動傳遞組件中轉接軸與軸承的裝配示意圖。