專利名稱：一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置。該性能測試裝置是將柔性腿式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)限制在平面上，通過三個(gè)被動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副和高速攝像頭間接測得機(jī)器人的跳躍高度、奔跑速度、能量效率等性能指標(biāo)。
背景技術(shù)：
柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置對(duì)于改進(jìn)奔跑(或跳躍)機(jī)器人結(jié)構(gòu)、提高其能量效率和速度具有重要意義。
柔性腿式機(jī)器人是指將柔性機(jī)構(gòu)(或單元)引入機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)中，利用柔性腿末端與地面或基板接觸過程中，柔性腿所產(chǎn)生的彈性變形儲(chǔ)存應(yīng)變能，在離地瞬間釋放的特性，實(shí)現(xiàn)快速奔跑或跳躍。因此，這種機(jī)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(yīng)用于星際探測、災(zāi)后營救和軍事偵察等領(lǐng)域。因此，對(duì)柔性腿式機(jī)器人的奔跑速度、跳躍高度、能量效率等性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估具有重要的工程意義，有必要設(shè)計(jì)一種測試裝置來定量測量這些指標(biāo)?；诖耍景l(fā)明提出了一種用于測試柔性腿機(jī)器人上述性能指標(biāo)的裝置。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，該裝置是基于柔性腿機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析模型所得到的各種參數(shù)，設(shè)計(jì)了一種用于驗(yàn)證該動(dòng)力學(xué)分析模型準(zhǔn)確性和測試機(jī)器人性能的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)于柔性腿機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供直觀參考。本發(fā)明性能測試裝置僅通過對(duì)柔性腿式機(jī)器人的單個(gè)柔性腿進(jìn)行奔跑(或跳躍)測試，通過采集的運(yùn)動(dòng)副參數(shù)(α，β, Y)與圖像采集信息進(jìn)行融合得到將要設(shè)計(jì)的柔性腿式機(jī)器人的形狀、截面參數(shù)、材料等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響，避免了傳統(tǒng)采用設(shè)計(jì)好的樣機(jī)進(jìn)行性能測試ο
本發(fā)明是一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，該裝置包括有運(yùn)動(dòng)傳遞組件2、旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支撐組件3安裝在基板4的右端板面上；運(yùn)動(dòng)傳遞組件2的空心連接桿21的右端與旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)連接；運(yùn)動(dòng)傳遞組件2的法蘭23與柔性腿式機(jī)器人1的機(jī)器人機(jī)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(jī)器人1的奔跑(或跳躍)過程，圖像采集器5與運(yùn)動(dòng)傳遞組件2在安裝時(shí)保證在同一連桿中心線上。
當(dāng)實(shí)驗(yàn)人員將柔性腿式機(jī)器人1抬升至測試高度，然后釋放柔性腿式機(jī)器人1 ；實(shí)驗(yàn)人員在釋放時(shí)，打開柔性腿式機(jī)器人1電源開關(guān)使舵機(jī)11進(jìn)入工作狀態(tài)，舵機(jī)11的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了柔性腿13擺動(dòng)；此時(shí)，柔性腿式機(jī)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(chǎn)生彈性變形，且隨著變形量的逐漸增大所儲(chǔ)存的應(yīng)變能量也隨之增加；由于柔性腿13的自動(dòng)恢復(fù)特性，柔性腿13所儲(chǔ)存的彈性勢能被瞬間釋放，柔性腿式機(jī)器人1將產(chǎn)生奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)空心連接桿21、 俯仰軸38和旋轉(zhuǎn)軸31運(yùn)動(dòng)，上述三個(gè)零件的運(yùn)動(dòng)被三個(gè)編碼器所以記錄。本發(fā)明設(shè)計(jì)的性能測試裝置應(yīng)用三個(gè)運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的解耦，有利于柔性腿式機(jī)器人1在奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)時(shí)的性能測量；柔性腿式機(jī)器人1在彈性勢能被瞬間釋放條件下，將產(chǎn)生奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)副IA轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，所述第二角度編碼器33 采集的是第三運(yùn)動(dòng)副IC轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，所述第三角度編碼器36采集的是第二運(yùn)動(dòng)副IB轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；柔性腿式機(jī)器人1的運(yùn)動(dòng)將以角位移的形式反映在本發(fā)明性能測試裝置的三個(gè)角度編碼器上。
本發(fā)明一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)用三個(gè)旋轉(zhuǎn)中心相互垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)副代替球鉸，可以方便地獲得彼此解耦的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即機(jī)器人的俯仰、跳躍高度、前進(jìn)速度等數(shù)據(jù)；( 直接將三個(gè)編碼器與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)軸共線布置，保證了運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)裝置自身對(duì)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)性能的影響；結(jié)構(gòu)簡單、成本低；(4)引入了高速攝像頭來測量機(jī)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(chǔ)能特性。由于該實(shí)驗(yàn)裝置中，機(jī)器人與測試裝置之間通過法蘭相連接，易于更換。因此，可應(yīng)用于該類型的其它機(jī)器人的性能測試，具有一定的通用性。


圖1是本發(fā)明柔性腿式機(jī)器人性能測試裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖IA是本發(fā)明柔性腿式機(jī)器人性能測試裝置的俯視圖。
圖2是本發(fā)明運(yùn)動(dòng)傳遞組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖2A是本發(fā)明運(yùn)動(dòng)傳遞組件中法蘭的剖視圖。
圖2B是本發(fā)明運(yùn)動(dòng)傳遞組件中轉(zhuǎn)接軸與軸承的裝配示意圖。
圖3是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)支撐組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)支撐組件的分解圖。
圖4是本發(fā)明柔性腿式機(jī)器人性能測試裝置的運(yùn)動(dòng)關(guān)系示意圖。
圖中編號(hào)1.柔性腿機(jī)器人；11.舵機(jī)；12.機(jī)器人機(jī)體；13.柔性腿；14.柔性腿末端；1A.第一運(yùn)動(dòng)副；1B.第二運(yùn)動(dòng)副；1C.第三運(yùn)動(dòng)副；2.運(yùn)動(dòng)傳遞組件；21.空心連接桿；21A.中心通孔；21B.A銷孔；21C.B銷孔；21D. C銷孔；21E. D銷孔；21F. C銷釘；21G.D銷釘；22.第一角度編碼器；23.法蘭；23A.右凸臺(tái)；23B.左凸臺(tái)；23C.法蘭通孔；23D.右軸承腔；23E.左軸承腔；24.轉(zhuǎn)接軸-Mk.軸肩；24B. E銷孔；24C. F銷孔；24D.螺紋段；25.第三角接觸球軸承；26.第四角接觸球軸承；27.鎖緊螺母；3.旋轉(zhuǎn)支撐組件；31.旋轉(zhuǎn)軸；31A. 第一角接觸球軸承；31B.第二角接觸球軸承；31C. E通孔；32.套筒；32A.第三軸承端蓋； 32B.基座；33.第二角度編碼器；34. U形架；34A. A支臂；34B. B支臂；34C. B通孔；34D. C通孔；34E. D通孔；34F.底板；35. T形架；35A. A銷釘；35B. B銷釘；35C. A通孔；35D. G銷孔； 35E. H銷孔；35F. J銷孔；35G.連桿；35H. T形架座；36.第三角度編碼器；37A.第一軸承端蓋；37B.第二軸承端蓋；38.俯仰軸；38A. A深溝球軸承；38B. B深溝球軸承；38C. E銷釘； 39.開槽螺母；39A.開口銷；4.基板；5.圖像采集器；6.支撐架。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
參見圖1、圖IA所示，本發(fā)明是一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，該裝置包括有運(yùn)動(dòng)傳遞組件2、旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支撐組件3安裝在基板4 的右端板面上；運(yùn)動(dòng)傳遞組件2的空心連接桿21的右端與旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)連接；運(yùn)動(dòng)傳遞組件2的法蘭23與柔性腿式機(jī)器人1 的機(jī)器人機(jī)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(jī)器人1的奔跑 (或跳躍)過程，圖像采集器5與運(yùn)動(dòng)傳遞組件2在安裝時(shí)保證在同一連桿中心線上。
在本發(fā)明中，所述圖像采集器5用于采集柔性腿式機(jī)器人1在基板4上奔跑(或跳躍)過程中與基板4碰撞時(shí)柔性腿13的彈形變形；柔性腿式機(jī)器人1的柔性腿末端14與基板4接觸。圖像采集器5可以是高速攝像機(jī)(如Vision Research公司的Phantom V9. 1 或SVSI公司的GIGAVIEW或PH0TR0N公司的FASTCAM-X 1280PCI高速攝像機(jī))。支撐架6 可以是manfrotto公司的055CXPR03碳纖維三腳架或金鐘三角架Sherpa 888R。
(一 )運(yùn)動(dòng)傳遞組件2
參見圖2、圖2A、圖2B所示，運(yùn)動(dòng)傳遞組件2包括有空心連接桿21、編碼器22、法蘭23、轉(zhuǎn)接軸M、A角接觸球軸承25、B角接觸球軸承沈和鎖緊螺母27 ；所述編碼器22用于記錄空心連接桿21在進(jìn)行柔性腿式機(jī)器人1的奔跑(或跳躍)性能測試時(shí)，舵機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)空心連接桿21轉(zhuǎn)過的角度。
空心連接桿21為空心長桿結(jié)構(gòu)，其中心為中心通孔21A，其桿體的右端設(shè)有A銷孔 21B、B銷孔21C，其桿體的左端設(shè)有C銷孔21D、D銷孔21E ；空心連接桿21的右端安裝在旋轉(zhuǎn)支撐件3的T形架35的連桿35G上，即連桿35G置于中心通孔21A內(nèi)，空心連接桿21右端上的A銷孔21B內(nèi)放置有A銷釘35A、B銷孔21C內(nèi)放置有B銷釘35B ；空心連接桿21的右端通過銷釘與銷孔的配合實(shí)現(xiàn)了與旋轉(zhuǎn)支撐件3的T形架35的連接，由于T形架35是繞俯仰軸38運(yùn)動(dòng)的，故當(dāng)柔性腿式機(jī)器人1的柔性腿13在基板4上奔跑(或跳躍)過程中，空心連接桿21實(shí)現(xiàn)了上、下運(yùn)動(dòng)和繞T形架35的擺動(dòng)?？招倪B接桿21的左端安裝在轉(zhuǎn)接軸M的右端上，且通過在C銷孔21D內(nèi)安裝C銷釘21F，在D銷孔21E內(nèi)安裝D銷釘 21G，實(shí)現(xiàn)空心連接桿21的左端與轉(zhuǎn)接軸M的右端的固定連接。
法蘭23的一端為右凸臺(tái)23A，法蘭23的另一端為左凸臺(tái)23B，法蘭23的中心為法蘭通孔23C ；所述法蘭通孔23C內(nèi)設(shè)有用于放置A角接觸球軸承25的右軸承腔23D、用于放置B角接觸球軸承沈的左軸承腔23E ；法蘭23的左凸臺(tái)2 與柔性腿式機(jī)器人1的機(jī)器人機(jī)體12固定安裝。
轉(zhuǎn)接軸M上設(shè)有軸肩24A、螺紋段MD、E銷孔MB、F銷孔MC，軸肩24A將轉(zhuǎn)接軸 24分為左右兩端，即轉(zhuǎn)接軸M的右端上設(shè)有E銷孔MB、F銷孔MC，轉(zhuǎn)接軸M的左端端部設(shè)有螺紋段MD ；所述軸肩24A用于轉(zhuǎn)接軸M的右端與空心連接桿21的徑向定位；所述螺紋段24D上螺紋套接有鎖緊螺母27 ；所述軸肩24A的左端上套接有A角接觸球軸承25、B 角接觸球軸承26 ；所述E銷孔MB內(nèi)放置C銷釘21F ；所述F銷孔MC內(nèi)放置D銷釘21G。
運(yùn)動(dòng)傳遞組件2的裝配關(guān)系為先將A角接觸球軸承25、B角接觸球軸承沈安裝在法蘭23的法蘭通孔23C內(nèi)；然后在法蘭23的右端蓋23A上安裝編碼器22 ；然后將轉(zhuǎn)接軸M的螺紋端順次穿過編碼器22、A角接觸球軸承25、B角接觸球軸承沈后安裝上鎖緊螺母27 ；最后轉(zhuǎn)接軸M的右端通過銷釘與銷孔的配合實(shí)現(xiàn)空心連接桿21左端的連接。
( 二)旋轉(zhuǎn)支撐組件3
參見圖3、圖3A所示，旋轉(zhuǎn)支撐組件3包括有第二角度編碼器33、第三角度編碼器 36、旋轉(zhuǎn)軸31、套筒32、基座32B、U形架;34、T形架35、俯仰軸38、開槽螺母39 ；T形架35安裝在U形架34上，T形架35的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)俯仰軸38運(yùn)動(dòng)，俯仰軸38運(yùn)動(dòng)的角度通過第三角度編碼器36記錄，U形架34的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)了旋轉(zhuǎn)軸31作圓周方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸31轉(zhuǎn)過的角度通過第二角度編碼器33記錄。
U形架34上設(shè)有底板34F、A支臂34A、B支臂34B ；所述底板34F上設(shè)有D通孔 34E，該D通孔34E用于旋轉(zhuǎn)軸31的螺紋端穿過，且螺紋端上連接開槽螺母39，開槽螺母39 與旋轉(zhuǎn)軸31上端的E通孔31C通過開口銷39A實(shí)現(xiàn)固定安裝；所述A支臂34A上設(shè)有B通孔34C，B通孔34C用于放置A深溝球軸承38A ；所述A支臂34A的外側(cè)安裝第一軸承端蓋 37A ；所述B支臂34B上設(shè)有C通孔!MD，C通孔34D用于放置B深溝球軸承38B ；所述B支臂34B的外側(cè)安裝第二軸承端蓋37B ；第二軸承端蓋37B另一側(cè)安裝第三角度編碼器36。
俯仰軸38上設(shè)有軸座，軸座上開有通孔，所述通孔用于E銷釘38C穿過，所述軸座的一端上套接有A深溝球軸承38A，所述軸座的另一端上套接有B深溝球軸承38B。俯仰軸 38安裝在U形架34的A支臂34A與B支臂34B之間。
T形架35的一端為T形架座35H，另一端為連桿35G ；所述T形架座35H上設(shè)有A 通孔35C、J銷孔35F，A通孔35C用于俯仰軸38穿過，且用E銷釘38A穿過J銷孔35F實(shí)現(xiàn)將俯仰軸38與T形架座35H固定；所述連桿35G上設(shè)有G銷孔35D、H銷孔35E，G銷孔35D 用于A銷釘35A穿過，H銷孔35E用于B銷釘35B穿過。連桿35G與空心連接桿21的右端通過銷釘與銷孔的配合實(shí)現(xiàn)固定。
旋轉(zhuǎn)軸31的上端端部為螺紋端，所述螺紋端上設(shè)有E通孔31C，所述E通孔31C用于開口銷39A穿過，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸31上端與開槽螺母39的固定連接；旋轉(zhuǎn)軸31上套接有第一角接觸球軸承31A、第二角接觸球軸承31B，套接有軸承有旋轉(zhuǎn)軸31置于套筒32內(nèi)，套筒 32的上端安裝有第三軸承端蓋32A，套筒32的下端安裝在基座32B上，基座32B固定在基板4的右端板面上。第三軸承端蓋32A的上方安裝有第二角度編碼器33，第二角度編碼器 33用于記錄旋轉(zhuǎn)軸31轉(zhuǎn)過的角度。
參見圖1、圖1A、圖4所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，在初始狀態(tài)時(shí)，圖像采集器5和運(yùn)動(dòng)傳遞組件2保持在連桿中心線上；實(shí)驗(yàn)人員將柔性腿式機(jī)器人1抬升至測試高度Ht (Ht = H+Lsin β )，然后釋放柔性腿式機(jī)器人1 ；實(shí)驗(yàn)人員在釋放時(shí)，打開柔性腿式機(jī)器人1電源開關(guān)使舵機(jī)11進(jìn)入工作狀態(tài)，舵機(jī)11的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了柔性腿13擺動(dòng)；此時(shí)，柔性腿式機(jī)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(chǎn)生彈性變形，且隨著變形量的逐漸增大所儲(chǔ)存的應(yīng)變能量也隨之增加；由于柔性腿13的自動(dòng)恢復(fù)特性，柔性腿13所儲(chǔ)存的彈性勢能被瞬間釋放，柔性腿式機(jī)器人1將產(chǎn)生奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)空心連接桿21、俯仰軸38和旋轉(zhuǎn)軸31運(yùn)動(dòng)，空心連接桿21 —端與法蘭23 (柔性腿式機(jī)器人1通過法蘭23安裝在本發(fā)明設(shè)計(jì)的性能測試裝置上)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成第一運(yùn)動(dòng)副1A，空心連接桿21另一端與俯仰軸38的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成第二運(yùn)動(dòng)副1B，俯仰軸38與旋轉(zhuǎn)軸31的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成第三運(yùn)動(dòng)副IC ；本發(fā)明設(shè)計(jì)的性能測試裝置應(yīng)用三個(gè)運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的解耦，有利于柔性腿式機(jī)器人1在奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)時(shí)的性能測量；柔性腿式機(jī)器人1在彈性勢能被瞬間釋放條件下，將產(chǎn)生奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)副IA轉(zhuǎn)動(dòng)的角度α (第一轉(zhuǎn)角α也是柔性腿式機(jī)器人1繞空心連接桿21被動(dòng)轉(zhuǎn)過的角度，α = 0 360° )，所述第二角度編碼器33采集的是第三運(yùn)動(dòng)副IC轉(zhuǎn)動(dòng)的角度γ (第三轉(zhuǎn)角Y也是柔性腿式機(jī)器人1奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)軸31被動(dòng)擺動(dòng)轉(zhuǎn)過的角度)，所述第三角度編碼器36采集的是第二運(yùn)動(dòng)副IB轉(zhuǎn)動(dòng)的角度β (第二轉(zhuǎn)角β也是柔性腿式機(jī)器人1 奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)時(shí)，空心連接桿21抬起、下降帶動(dòng)俯仰軸38被動(dòng)轉(zhuǎn)過的角度，β = 0 180° )；柔性腿式機(jī)器人1的運(yùn)動(dòng)將以角位移的形式反映在本發(fā)明性能測試裝置的三個(gè)角度編碼器上。
參見圖1、圖4所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種適用于柔性腿式機(jī)器人性能測試裝置具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度即第一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是指旋轉(zhuǎn)軸31繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也是第三運(yùn)動(dòng)副IC轉(zhuǎn)動(dòng)的角度Y (Y為圓周角)；第二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是指俯仰軸38繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也是第二運(yùn)動(dòng)副IB轉(zhuǎn)動(dòng)的角度β (β = 0 180° )；第三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是指空心連接桿21繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也是第一運(yùn)動(dòng)副IA轉(zhuǎn)動(dòng)的角度α (α = 0 360° )。 為了使柔性腿機(jī)器人盡可能近似地實(shí)現(xiàn)平面運(yùn)動(dòng)以便于與理論分析模型的奔跑速度、跳躍高度等參數(shù)相對(duì)應(yīng)，則空心連接桿21的長度L與旋轉(zhuǎn)軸31的高度H滿足L > 5H。
本發(fā)明性能測試裝置僅通過對(duì)柔性腿式機(jī)器人的單個(gè)柔性腿進(jìn)行奔跑(或跳躍) 測試，通過采集的運(yùn)動(dòng)副參數(shù)(α，β, Y)與圖像采集信息進(jìn)行融合得到將要設(shè)計(jì)的柔性腿式機(jī)器人的形狀、截面參數(shù)、材料等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響，避免了傳統(tǒng)采用設(shè)計(jì)好的樣機(jī)進(jìn)行性能測試。
權(quán)利要求
1. 一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，其特征在于該裝置包括有運(yùn)動(dòng)傳遞組件O)、旋轉(zhuǎn)支撐組件(3)、基板G)、支撐架(6)和圖像采集器(5)；運(yùn)動(dòng)傳遞組件( 包括有空心連接桿(21)、編碼器(22)、法蘭(23)、轉(zhuǎn)接軸Q4)、A角接觸球軸承0幻、B角接觸球軸承06)和鎖緊螺母(XT)；空心連接桿為空心長桿結(jié)構(gòu)，其中心為中心通孔OlA)，其桿體的右端設(shè)有A銷孔Q1B)、B銷孔QIC)，其桿體的左端設(shè)有C銷孔Q1D)、D銷孔(21E)；空心連接桿Ql)的右端安裝在旋轉(zhuǎn)支撐件(3)的T形架(3 的連桿(35G)上，空心連接桿右端上的A 銷孔(21B)內(nèi)放置有A銷釘(35A)、B銷孔(21C)內(nèi)放置有B銷釘(35B)；空心連接桿(21) 的左端安裝在轉(zhuǎn)接軸04)的右端上，且通過在C銷孔(21D)內(nèi)安裝C銷釘OlF)，在D銷孔01E)內(nèi)安裝D銷釘01G)，實(shí)現(xiàn)空心連接桿的左端與轉(zhuǎn)接軸04)的右端的固定連接；法蘭03)的一端為右凸臺(tái)03A)，法蘭03)的另一端為左凸臺(tái)0:3B)，法蘭03)的中心為法蘭通孔03C)；所述法蘭通孔Q3C)內(nèi)設(shè)有用于放置A角接觸球軸承0 的右軸承腔03D)、所述法蘭通孔(23C)內(nèi)設(shè)有用于放置B角接觸球軸承06)的左軸承腔Q3E)；法蘭03)的左凸臺(tái)(23B)與柔性腿式機(jī)器人(1)的機(jī)器人機(jī)體(12)固定安裝；轉(zhuǎn)接軸(24)上設(shè)有軸肩(MA)、螺紋段(24D)、E銷孔(24B)、F銷孔(MC)，軸肩(24A) 將轉(zhuǎn)接軸04)分為左右兩端，即轉(zhuǎn)接軸04)的右端上設(shè)有E銷孔04B)、F銷孔(24C)，轉(zhuǎn)接軸(24)的左端端部設(shè)有螺紋段(MD)；所述軸肩04A)用于轉(zhuǎn)接軸04)的右端與空心連接桿的徑向定位；所述螺紋段04D)上螺紋套接有鎖緊螺母(XT)；所述軸肩04A) 的左端上套接有A角接觸球軸承05)、B角接觸球軸承06)；所述E銷孔Q4B)內(nèi)放置C 銷釘(21F)；所述F銷孔Q4C)內(nèi)放置D銷釘(21G)；旋轉(zhuǎn)支撐組件C3)包括有第二角度編碼器(33)、第三角度編碼器(36)、旋轉(zhuǎn)軸(31)、 套筒(32)、基座(32B)、U形架(34)、T形架(35)、俯仰軸(38)、開槽螺母(39) ；T形架(35) 安裝在U形架(34)上，T形架(3 的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)俯仰軸(38)運(yùn)動(dòng)，俯仰軸(38)運(yùn)動(dòng)的角度通過第三角度編碼器(36)記錄，U形架(34)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)了旋轉(zhuǎn)軸(31)作圓周方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸(31)轉(zhuǎn)過的角度通過第二角度編碼器(3 記錄；U形架(34)上設(shè)有底板(34F)、A支臂(34A)、B支臂(34B)；所述底板(34F)上設(shè)有D通孔(34E)，該D通孔(34E)用于旋轉(zhuǎn)軸(31)的螺紋端穿過，且螺紋端上連接開槽螺母(39)， 開槽螺母(39)與旋轉(zhuǎn)軸(31)上端的E通孔(31C)通過開口銷(39A)實(shí)現(xiàn)固定安裝；所述 A支臂(34A)上設(shè)有B通孔(34C)，B通孔(34C)用于放置A深溝球軸承(38A)；所述A支臂(34A)的外側(cè)安裝第一軸承端蓋(37A)；所述B支臂(34B)上設(shè)有C通孔(34D)，C通孔 (34D)用于放置B深溝球軸承(38B)；所述B支臂(34B)的外側(cè)安裝第二軸承端蓋(37B)； 第二軸承端蓋(37B)另一側(cè)安裝第三角度編碼器(36)；俯仰軸(38)上設(shè)有軸座，軸座上開有通孔，所述通孔用于E銷釘(38C)穿過，所述軸座的一端上套接有A深溝球軸承(38A)，所述軸座的另一端上套接有B深溝球軸承(38B)；俯仰軸(38)安裝在U形架(34)的A支臂(34A)與B支臂(34B)之間；T形架(3 的一端為T形架座(35H)，另一端為連桿(35G)；所述T形架座(35H)上設(shè)有A通孔(35C)、J銷孔(35F)，A通孔(35C)用于俯仰軸(38)穿過，且用E銷釘(38A)穿過J銷孔(35F)實(shí)現(xiàn)將俯仰軸(38)與T形架座(35H)固定；所述連桿(35G)上設(shè)有G銷孔(35D)、H銷孔(35E)，G銷孔(35D)用于A銷釘(35A)穿過，H銷孔(35E)用于B銷釘(35B) 穿過；連桿(35G)與空心連接桿的右端通過銷釘與銷孔的配合實(shí)現(xiàn)固定；旋轉(zhuǎn)軸31的上端端部為螺紋端，所述螺紋端上設(shè)有E通孔(31C)，所述E通孔(31C)用于開口銷(39A)穿過，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸(31)上端與開槽螺母(39)的固定連接；旋轉(zhuǎn)軸(31)上套接有第一角接觸球軸承(31A)、第二角接觸球軸承(31B)，套接有軸承有旋轉(zhuǎn)軸(31)置于套筒(3 內(nèi)，套筒(3 的上端安裝有第三軸承端蓋(32A)，套筒(3 的下端安裝在基座 (32B)上，基座(32B)固定在基板的右端板面上；第三軸承端蓋(32A)的上方安裝有第二角度編碼器(33)，第二角度編碼器(3 用于記錄旋轉(zhuǎn)軸(31)轉(zhuǎn)過的角度；圖像采集器( 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(zhuǎn)支撐組件⑶安裝在基板⑷的右端板面上；運(yùn)動(dòng)傳遞組件(2)的空心連接桿的右端與旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)連接；運(yùn)動(dòng)傳遞組件O)的法蘭與柔性腿式機(jī)器人(1)的機(jī)器人機(jī)體(1 連接；為了使圖像采集器( 能夠充分的記錄下柔性腿式機(jī)器人(1)的奔跑(或跳躍)過程，圖像采集器(5)與運(yùn)動(dòng)傳遞組件(2)在安裝時(shí)保證在同一連桿中心線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，其特征在于所述圖像采集器(5)用于采集柔性腿式機(jī)器人⑴在基板⑷上奔跑(或跳躍)過程中與基板 ⑷碰撞時(shí)柔性腿(13)的彈形變形；柔性腿式機(jī)器人⑴的柔性腿末端(14)與基板(4)接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，其特征在于實(shí)驗(yàn)人員將柔性腿式機(jī)器人(1)抬升至測試高度Ht，然后釋放柔性腿式機(jī)器人(1)；實(shí)驗(yàn)人員在釋放時(shí)，打開柔性腿式機(jī)器人(1)電源開關(guān)使舵機(jī)(11)進(jìn)入工作狀態(tài)，舵機(jī)(11)的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)了柔性腿(1 擺動(dòng)；此時(shí)，柔性腿式機(jī)器人(1)在重力的作用下柔性腿末端(14)與基板(或者地面)相碰撞，在碰撞過程中，柔性腿(1 被壓縮產(chǎn)生彈性變形，且隨著變形量的逐漸增大所儲(chǔ)存的應(yīng)變能量也隨之增加；由于柔性腿(1 的自動(dòng)恢復(fù)特性，柔性腿(13) 所儲(chǔ)存的彈性勢能被瞬間釋放，柔性腿式機(jī)器人(1)將產(chǎn)生奔跑(或者跳躍)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)空心連接桿(21)、俯仰軸(38)和旋轉(zhuǎn)軸(31)運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，其特征在于空心連接桿—端與法蘭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成第一運(yùn)動(dòng)副(IA)，空心連接桿另一端與俯仰軸(38)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成第二運(yùn)動(dòng)副(IB)，俯仰軸(38)與旋轉(zhuǎn)軸(31)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成第三運(yùn)動(dòng)副(IC)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，其特征在于 所述第一角度編碼器0 采集的是第一運(yùn)動(dòng)副(IA)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度α，所述第二角度編碼器 (33)采集的是第三運(yùn)動(dòng)副IC轉(zhuǎn)動(dòng)的角度Y，所述第三角度編碼器(36)采集的是第二運(yùn)動(dòng)副IB轉(zhuǎn)動(dòng)的角度β。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，其特征在于空心連接桿的長度L與旋轉(zhuǎn)軸(31)的高度H滿足L彡5Η。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，其特征在于柔性腿式機(jī)器人(1)被抬升的測試高度Ht與俯仰軸(38)轉(zhuǎn)過的角度β滿足HT = H+Lsini3 ；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于柔性腿式機(jī)器人的性能測試裝置，該裝置包括有運(yùn)動(dòng)傳遞組件(2)、旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)支撐組件(3)安裝在基板(4)的右端板面上；運(yùn)動(dòng)傳遞組件(2)的空心連接桿(21)的右端與旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)連接；運(yùn)動(dòng)傳遞組件(2)的法蘭(23)與柔性腿式機(jī)器人(1)的機(jī)器人機(jī)體(12)連接。本發(fā)明設(shè)計(jì)的性能測試裝置應(yīng)用三個(gè)運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的解耦，有利于柔性腿式機(jī)器人(1)在奔跑運(yùn)動(dòng)時(shí)的性能測量。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102494910SQ201110390568
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者周曉東, 畢樹生, 王雯靜, 趙宏哲 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)