CN103072136B - 一种应用于防护材料测试系统的机械人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于防护材料测试系统的机械人，包括人形外壳，控制模块和驱动模块；所述人形外壳用于固定所述控制模块和驱动模块，并根据所述驱动模块的运动，人形外壳的头部及四肢进行动作；所述控制模块，设置于所述人形外壳的胸腔，用于发送电机转速信号给所述驱动模块；所述驱动模块，设置于所述人形外壳的四肢及颈部，用于接收所述控制模块发送的电机转速信号，并根据电机转速信号，进行头部转动、四肢摆动的动作。本发明的步进电机在处理器的控制下，按照预定动作进行转动，从而控制人形外壳的四肢及头部进行摆动，在恶劣的检测环境下，代替真人完成防护材料测试系统要求的动作，实现防护材料测试的自动化、无人化。

Description

一种应用于防护材料测试系统的机械人

技术领域

本发明涉及一种检测系统，特别涉及一种应用于防护材料测试系统的机械人。

背景技术

防护服材料测试系统用机械人主要技术功能包括人体部分、机械驱动部分、机械控制部分、三大部分。目前国内外还没有定型的测试系统，需要根据标准要求自行研制。现有测式多使用真人在恶劣条件下完成，存在对试验者健康、安全产生危害的风险，部分使用人体模型的，基本为固定模型，不能满足标准规定的测试要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于防护材料测试系统中的全自动、数字化应用于防护材料测试系统的机械人。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种应用于防护材料测试系统的机械人，包括人形外壳，控制模块和驱动模块；

所述人形外壳用于固定所述控制模块和驱动模块，并根据所述驱动模块的运动，人形外壳的头部及四肢进行动作；

所述控制模块，设置于所述人形外壳的胸腔，用于发送电机转速信号给所述驱动模块；

所述驱动模块，设置于所述人形外壳的四肢及颈部，用于接收所述控制模块发送的电机转速信号，并根据电机转速信号，进行头部转动、四肢摆动的动作。

本发明的有益效果是：设置控制模块来控制驱动模块进一步带动人形外壳进行摆动，实现了机械人按照预定程序进行自动运动。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述控制模块包括处理器和电机调速器；

所述处理器，用于发送速度控制信号给电机调速器；

所述电机调速器，用于接收所述处理器发送的速度控制信号，将速度控制信号转化为电机转速信号，并将电机转速信号发送给驱动模块。

采用上述进一步方案的有益效果是处理器发送速度控制信号给电机调速器，进一步控制驱动模块进行运动，使用电机调速器，是驱动模块运动更加稳定、减轻振动情况。

进一步，所述控制模块还包括四个光电开关，用于分别检测四肢的运动状态，并将四肢的运动状态分别转化成开关信号发送给所述处理器；所述处理器接收当前的光电开关发出的开关信号，进一步控制，与当前的光电开关测量的肢体协调运动的肢体的摆动。

采用上述进一步方案的有益效果是通过光电开关检测机制，检测当前的运动的肢体，根据检测结果控制与其相协调动作的肢体的运动状态，可以进一步减少误动作的可能性。

进一步，所述控制模块还包括时间控制器，用于根据预设的时间间隔控制驱动模块与电机调速器之间连接的连通与断开。

采用上述进一步方案的有益效果是利用时间控制器控制控制模块与电机调速器之间的连接与断开，进一步根据设定的摆动周期控制摆动的幅度，实现了按照预定动作完成测试的测试要求。

进一步，所述驱动模块包括五个单轴步进电机，五个所述单轴步进电机分别设置于所述人形外壳的颈部与四肢，用于分别控制颈部及四肢的运动，接收所述控制模块发送的电机转速信号分别进行转动。

采用上述进一步方案的有益效果是采用五个单轴步进电机，分别控制颈部及四肢的转动，减少了传动机构传动转矩的过程。

进一步，所述控制四肢运动的步进电机为两个双轴步进电机，两个所述双轴步进电机分别控制手臂和腿部的运动。

采用上述进一步方案的有益效果是采用两个双轴步进电机控制四肢，减少了步进电机数量，增加了传动机构协同工作。

附图说明

图1为本发明装置结构图；

图2为本发明电路结构模块图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、人形外壳，2、控制模块，3、驱动模块，4、处理器，5、电机调速器，6、光电开关，7、时间控制器，8、单轴步进电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明装置结构图，图2为本发明电路结构模块图。

实施例1

一种应用于防护材料测试系统的机械人，包括人形外壳1，控制模块2和驱动模块3；

所述人形外壳1用于固定所述控制模块2和驱动模块3，并根据所述驱动模块3的运动，人形外壳1的头部及四肢进行动作；

所述控制模块2，设置于所述人形外壳1的胸腔，用于发送电机转速信号给所述驱动模块3；

所述驱动模块3，设置于所述人形外壳1的四肢及颈部，用于接收所述控制模块2发送的电机转速信号，并根据电机转速信号，进行头部转动、四肢摆动的动作。

所述控制模块2包括处理器4和电机调速器5；

所述处理器4，用于发送速度控制信号给电机调速器5；

所述电机调速器5，用于接收所述处理器4发送的速度控制信号，将速度控制信号转化为电机转速信号，并将电机转速信号发送给驱动模块3。

所述控制模块2还包括四个光电开关6，用于分别检测四肢的运动状态，并将四肢的运动状态分别转化成开关信号发送给所述处理器4；所述处理器4接收当前的光电开关6发出的开关信号，进一步控制，与当前的光电开关6测量的肢体协调运动的肢体的摆动。

所述控制模块2还包括时间控制器7，用于根据预设的时间间隔控制驱动模块3与电机调速器5之间连接的连通与断开。

所述驱动模块3包括五个单轴步进电机8，五个所述单轴步进电机8分别设置于所述人形外壳1的颈部与四肢，用于分别控制颈部及四肢的运动，接收所述控制模块2发送的电机转速信号分别进行转动。

所述控制四肢运动的步进电机为两个双轴步进电机，两个所述双轴步进电机分别控制手臂和腿部的运动。

人形外壳（1），根据人体工程学和运动物理学的标准，按照亚洲人标准体型制作的1:1人体模型，有大、中、小三种型号，各部分尺寸与标准人身尺寸完全一致，可以穿上大、中、小三种型号的服装。头部可以自由转动，双臂、双腿可以前后摆动。人体手臂肘关节处和腿部膝关节处均设计了快速插拔复位机构，以便于更换被测防护服。

驱动模块（3），如图1所示，五个单轴步进电机安装在人体模特躯干内部，分别驱动左右大臂和大腿及颈部。由计算机控制五个步进驱动器，每个驱动器控制对应的步进电机。其中第一步进电机和第二控制双臂前后摆动；第三步进电机和第四步进电机控制双腿前后摆动；第五步进电机控制头部左右转动。

控制模块（2），通过计算机先设定好各个步进的转动角度（第一步进电机和第二步进电机的转动角度为手臂的摆动角度，第三步进电机和第四步进电机转动角度为腿部的抬起高度，第五步进电机为头部的转动角度），每个步进电机的转动方向以保证腿、臂动作协调，步进电机的循环时间即行走速度，均根据人体工程学以及实验需要而调整设定的。步进电机的特点是转动角度、时间、方向可任意设定。

通过计算机还可完成行走与止步间歇模式及控制整体测试运行时间。

整个防护材料测试系统用机械人可以按设置的程序完成需要的动作，在恶劣的检测环境下，替代真人完成符合标准要求的测试。

应用于防护材料测试系统机械人的操作程序为：

（1）打开机械人手臂肘关节处、腿部膝关节处快速插拔复位机构，给机械人穿上被测试防护用品，将快速插拔复位机构复位;

（2）用专用装卸运输工具，将机械人装至需使用的测试仪器设备的指定位置；

（3）按动启动按钮，腿部和手臂协调一致摆动；按动头部运动按钮，头部左右转动；

（4）按动停止按钮，机械人完成测试动作要求，并自动复位；

（5）测试结束后，关闭开关，用专用装卸运输工具取出机械人；

（6）按（1）脱去或更换被测防护用品，重复（2）～（4）的步骤，进行下一样品测试，或其它方法的测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用于防护材料测试系统的机械人，其特征在于：包括人形外壳(1)、控制模块(2)和驱动模块(3)；

所述人形外壳(1)用于安装固定所述控制模块(2)和驱动模块(3)，并根据所述驱动模块(3)的运动，控制人形外壳(1)的头部及四肢进行动作,人形外壳的手臂肘关节处和腿部膝关节处均设置有用于更换被测防护服快速插拔复位机构；

所述控制模块(2)，设置于所述人形外壳(1)的胸腔，用于发送电机转速信号给所述驱动模块(3)；所述控制模块(2)包括时间控制器(7)和电机调速器(5)，所述时间控制器(7)用于根据预设的时间间隔控制驱动模块(3)与电机调速器(5)之间连接的连通与断开；

所述驱动模块(3)，设置于所述人形外壳(1)的四肢及颈部，用于接收所述控制模块(2)发送的电机转速信号，并根据电机转速信号，进行头部转动、四肢摆动的动作。

2.根据权利要求1所述的机械人，其特征在于：所述控制模块(2)还包括处理器(4)；

所述处理器(4)，用于发送速度控制信号给电机调速器(5)；

所述电机调速器(5)，用于接收所述处理器(4)发送的速度控制信号，将速度控制信号转化为电机转速信号，并将电机转速信号发送给驱动模块(3)。

3.根据权利要求2所述的机械人，其特征在于：所述控制模块(2)还包括四个光电开关(6)，用于分别检测四肢的运动状态，并将四肢的运动状态分别转化成开关信号发送给所述处理器(4)；

所述处理器(4)接收当前的光电开关(6)发出的开关信号，进一步控制与当前的光电开关(6)测量的肢体协调运动的肢体的摆动。

4.根据权利要求1所述的机械人，其特征在于：所述驱动模块(3)包括五个单轴步进电机(8)，五个所述单轴步进电机(8)分别设置于所述人形外壳(1)的颈部与四肢，用于分别控制颈部及四肢的运动，接收所述控制模块(2)发送的电机转速信号分别进行转动。

5.根据权利要求1所述的机械人，其特征在于：所述驱动模块(3)包括用于控制颈部运动的单轴步进电机(8)和控制四肢运动的两个双轴步进电机，两个所述双轴步进电机分别控制手臂和腿部的运动。