[發(fā)明專利]一種松軟地面步行足運(yùn)動(dòng)學(xué)與力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611241270.7
• 申請(qǐng)日: 2016-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN106768958B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張銳;韓佃雷;凌雷;李國玉;李建橋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/00
• 分類號(hào): G01M13/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發(fā)明公開了一種松軟地面步行足運(yùn)動(dòng)學(xué)與力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，由土槽、水平拖拽系統(tǒng)、垂直拖拽系統(tǒng)、擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，步行機(jī)械足安裝在擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出軸上，可模仿生物足的跨步運(yùn)動(dòng)過程，其中，擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)擺腿牽引動(dòng)作，垂直拖拽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抬腿、落腿等動(dòng)作，水平拖拽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)伸腿動(dòng)作。同時(shí)，該平臺(tái)可測(cè)試足/壤作用相關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)性能參數(shù)，包括足的前進(jìn)速度、沉陷量、三個(gè)方向受力以及扭矩。整個(gè)測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有多重功能。在滿足模仿生物足跨步動(dòng)作的基礎(chǔ)上，對(duì)足/壤作用性能參數(shù)進(jìn)行定量描述。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種足/壤作用測(cè)試裝置，具體涉及一種松軟地面步行足運(yùn)動(dòng)學(xué)與力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)。

背景技術(shù)

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，各國掀起了新一輪的外太空探測(cè)熱潮。已有資料表明，月球、火星等地表被類似沙漠的土壤覆蓋，屬于松軟地面，部分地方還夾雜著大量的巖石。輪式移動(dòng)平臺(tái)，具有運(yùn)行穩(wěn)定、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等有點(diǎn)，而被廣泛的應(yīng)用于星球探測(cè)。但是，面對(duì)夾雜石塊、高低起伏的地面時(shí)，輪式移動(dòng)平臺(tái)的越障性、通過性則相對(duì)較差，容易出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)、沉陷、磨損等問題。足式移動(dòng)平臺(tái)，由于觸地點(diǎn)是一個(gè)個(gè)離散的點(diǎn)，接觸面積較小，在松軟地面具有較高的通過性。同時(shí)，足式移動(dòng)平臺(tái)具有抬腿、跨步等動(dòng)作，可通過具有一定高度的障礙物，越障性能較好。因此，足式移動(dòng)平臺(tái)在星球探測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)車輪在沙漠地帶容易出現(xiàn)打滑、沉陷，根本無法前行，但是足式機(jī)器人卻能以較高的速度通過沙漠地帶。美國佐治亞理工學(xué)院Goldman等人，根據(jù)沙漠蜥蜴和蟑螂的四肢騰空和與沙地接觸時(shí)速度的變化，設(shè)計(jì)了“SandBot”六足機(jī)器人，運(yùn)行速度至少是美國宇航局火星探測(cè)器行進(jìn)速度的15倍。另外，足式機(jī)器人也常被用來作戰(zhàn)、排爆、物資運(yùn)輸?shù)取Ｃ绹ㄊ款D動(dòng)力公司專門為美國軍方研制的“BigDog”大狗機(jī)器人。據(jù)相關(guān)資料顯示，大狗機(jī)器人可以在山地、沙地、雪地、冰面等非常規(guī)地形上行走，具有較高的通過性、魯棒性等。可見，足式機(jī)器人在地球非常規(guī)路面也應(yīng)用的相當(dāng)廣泛。

足作為足式移動(dòng)平臺(tái)與地面直接接觸的執(zhí)行部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響整個(gè)平臺(tái)的通過性。為保證足式移動(dòng)平臺(tái)能穩(wěn)定的通過不同的地面條件，大量的土槽試驗(yàn)已顯得很有必要。目前尚未檢索到專門應(yīng)用于足壤相互作用的測(cè)試裝置，更多的涉及輪壤相互作用測(cè)試裝置。但是，輪壤測(cè)試裝置主要是輪子在松軟地面的滾動(dòng)，而足壤測(cè)試裝置更多的關(guān)注模擬足的運(yùn)動(dòng)過程，二者運(yùn)動(dòng)方式完全不同。因此，研制功能齊全且專門應(yīng)用于足壤相互作用測(cè)試的裝置迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種松軟地面步行足運(yùn)動(dòng)學(xué)與力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)可模仿生物足在跨步運(yùn)動(dòng)過程中的擺腿牽引、抬腿、伸腿、落腿等動(dòng)作，測(cè)試步行機(jī)械足的驅(qū)動(dòng)扭矩、前進(jìn)速度、牽引力、側(cè)滑力、入土阻力、沉陷量等指標(biāo)。

本發(fā)明包括土槽、水平拖拽系統(tǒng)、垂直拖拽系統(tǒng)和擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。土槽上段選用5mm厚的透明亞克力板封四周，土槽下段選用2mm厚的不銹鋼板封四周及底面。

水平拖拽系統(tǒng)是由標(biāo)尺、直線導(dǎo)軌、齒條托板、齒條、齒輪、水平滑塊、水平拖拽電機(jī)、減速箱、縱向軸、軸承、軸承座、離合器、編碼器、縱向架組成，直線導(dǎo)軌、齒條托板安裝在土槽的架上，水平滑塊安裝在直線導(dǎo)軌上，齒條安裝在齒條托板上，編碼器安裝在水平滑塊前端，縱向架和軸承座安裝在水平滑塊上，齒輪、軸承、離合器安裝在縱向軸上，縱向軸通過減速箱與水平拖拽電機(jī)相連。

垂直拖拽系統(tǒng)由垂直移動(dòng)桿、第一垂直移動(dòng)板、第二垂直移動(dòng)板、第三垂直移動(dòng)板、垂直固定桿、第一垂直固定板、第二垂直固定板、垂直絲杠、直線軸承、卡簧、垂直拖拽電機(jī)、配重塊、垂直位移傳感器組成，第一垂直固定板與縱向架連接固定，卡簧的位置介于第一垂直移動(dòng)板與第二垂直固定板之間，卡簧可上下移動(dòng)，變換位置，配重塊放置在第二垂直移動(dòng)板上，起到了模擬生物體自身重力的作用。垂直拖拽電機(jī)和垂直位移傳感器安裝在第二垂直固定板上，垂直位移傳感器采用拉線式，垂直位移傳感器的線頭安裝在第二垂直移動(dòng)板上。