[發明專利]用于足式行走對象的多路面運動力學觀測系統

有效

• 申請號: 201610825921.0
• 申請日: 2016-09-18
• 公開（公告）號: CN106323662B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 錢志輝;周亮;任雷;楊茗茗;張詩語;任露泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

1.一種用于足式行走對象的多路面運動力學觀測系統，其特征在于：包括橫滾傳動機構(4)、路面轉換機構(3)、橫滾角度保持機構(6)、俯仰機構(7)以及由高速攝像機和紅外攝像機所組成的光學三維運動捕捉系統；

所述的光學三維運動捕捉系統由兩臺高速攝像機(1)，六臺均布的紅外攝像機(2)組成，高速攝像機(1)用于捕捉行走對象的運動細節，紅外攝像機(2)負責試驗對象三維空間運動數據的采集；

所述的橫滾傳動機構(4)包括第二機架(41)、第一齒輪(42)、第二齒輪(43)、第三機架(44)、第三螺釘(45)、第一減速自鎖電機(46)；第二機架(41)由一對對稱分布的第三螺釘(45)固定在第三機架(44)上，第一減速自鎖電機(46)固連在第三機架(44)的中部，橫滾旋轉軸(311)、第一減速自鎖電機(46)的軸端部分透過第二機架(41)和第三機架(44)的對應軸孔分別與第一齒輪(42)、第二齒輪(43)固連，第一減速自鎖電機(46)所產生的動力通過第一齒輪(42)與第二齒輪(43)的嚙合傳遞給橫滾旋轉軸(311)來完成測試路面側向偏轉角度的調節以及不同測試路面的切換；

所述的路面轉換機構(3)包括第一滑軌(31)、螺桿(32)、可升降路面(33)、仿形基板(34)、第一壓簧(36)、壓力板路面(38)、路面支撐架(39)、柔性材質墊(310)、第一機架(312)、第二滑軌(313)；第一機架(312)通過四個對稱分布的第二螺釘(314)固定在第二機架(41)上，橫滾旋轉軸(311)由第一機架(312)與第二機架(41)上相對應的軸孔確定相對位置；三個均勻布置的三角形的路面支撐架(39)固連在橫滾旋轉軸(311)上，兩塊仿形基板(34)布置在三個路面支撐架(39)之間，與可升降路面(33)構成凹凸測試路面的主體部分；可升降路面(33)上存在與仿形基板(34)上凸包對應的圓孔，可升降路面(33)可以沿對稱分布的第一滑軌(31)上下滑動以調節仿形基板(34)上的凸包露出高度來形成不同凹凸測試路面；成對分布在可升降路面(33)兩側的第一螺釘(37)穿過路面支撐架(39)上的通孔以螺紋連接的方式固連在可升降路面(33)上，布置在可升降路面(33)與第一螺釘(37)之間的第一壓簧(36)起到保持升降路面(33)相對位置的作用，而對稱分布的四個螺桿(32)以螺紋連接的方式固連在兩側的路面支撐架(39)上，同時穿過可升降路面(33)的通孔，通過調節在四個螺桿(32)上的螺母(35)的位置即可調節可升降路面(33)的高度；另兩個測試路面分別為普通平路測試路面和松軟測試路面，普通平路測試路面由壓力板路面(38)固連在路面支撐架(39)的側邊，而松軟測試路面則是在此基礎上將柔性材質墊(310)緊密貼合在在另一個壓力板路面(38)上；在橫滾傳動機構(4)的協動下，三種路面可以根據試驗要求快速自由切換，且每種路面的側向偏轉角度可自由調節；

所述的橫滾角度保持機構(6)包括第四螺釘(61)、第五機架(62)、第二壓簧(63)、第一銷軸(64)、限位支架(65)、第一絲杠(66)、第一絲杠螺母(67)、連桿(68)、支撐梁(69)、夾持元件(610)；第五機架(62)由第四螺釘(61)與第一機架(312)確定裝配關系，支撐梁(69)穿過第五機架(62)并與第五機架(62)固定連接，兩個夾持元件(610)可在支撐梁(69)上自由滑動，且與兩個連桿(68)形成鉸鏈連接；同時，第一絲杠螺母(67)通過兩個第一銷軸(64)與兩個第二連桿(68)分別鉸接，通過旋轉第一絲杠(66)，隨著第一絲杠螺母(67)的移動，夾持元件(610)會完成對橫滾旋轉軸(311)的夾持，以防止在第一減速自鎖電機(46)處于非工作狀態時，路面轉換機構(3)的非主動旋轉運動，在調節側向偏轉角度或者切換路面之前應反向旋轉第一絲杠(66)，使夾持元件(610)處于非夾持狀態；這里限位支架(65)的作用是限制第一絲杠(66)的軸向運動，第二壓簧(63)的作用是協助絲杠螺母機構對橫滾旋轉軸(311)進行夾持；

所述的俯仰機構(7)包括第一支撐桿(71)、第三滑軌(73)、第二減速自鎖電機(75)、第一絲杠保持架(77)、第二絲杠螺母(78)、支架連桿(710)、滑塊(711)、支撐桿固定架(714)、水平保持架(715)、第二絲杠保持架(717)、第二絲杠(719)、第二支撐桿(720)、滑輪(721)；俯仰機構(7)的動力由第二減速自鎖電機(75)通過聯軸器(76)傳遞給第二絲杠(719)，再通過第二絲杠螺母(78)與穿過第二絲杠螺母(78)的支架連桿(710)轉化為滑塊(711)沿第三滑軌(73)的水平滑動；這里兩個對稱分布的第三滑軌(73)通過六對第五螺釘(74)固連在第四支架(5)上，兩對支撐架的主體由第一支撐桿(71)、第二支撐桿(720)和滑輪(721)組成，第一支撐桿(71)、第二支撐桿(720)分別通過第二銷軸(72)、第三銷軸(713)與滑塊(711)和支撐桿固定架(714)形成鉸接，第一支撐桿(71)、第二支撐桿(720)則通過第四銷軸(722)形成鉸接，滑輪(721)與第四銷軸(722)形成轉動副；這里，支撐桿固定架(714)的相對位置是由第七螺釘(712)確定的，第二絲杠(719)的相對位置是由第一絲杠保持架(77)、第二絲杠保持架(717)確定的，而第一絲杠保持架(77)與第二絲杠保持架(717)分別由兩對第六螺釘(79)、第九螺釘(718)固定在第四支架(5)上，對稱分布的一對水平保持架(715)，有兩對第八螺釘(716)固定在第四支架(5)上，起到防止俯仰運動出現負角度的作用。

2.根據權利要求1所述的一種用于足式行走對象的多路面運動力學觀測系統，其特征在于：所述柔性材質墊(310)是海綿或柔性橡膠。