CN106989943A - 一种机器人调试平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人调试平台，包括顶部固定板、X轴滑槽杆、X轴导轨、Y轴滑槽、Y轴导轨、悬挂杆、Z轴固定杆、4自由度连接装置，其中：顶部固定板通过X轴滑槽杆安装在X轴导轨上，X轴滑槽杆沿X轴导轨水平移动，从而实现顶部固定板沿X轴方向的水平移动；X轴导轨的两端有Y轴滑槽，Y轴滑槽沿Y轴导轨水平移动，从而实现顶部固定板沿Y轴方向的水平移动；Y轴导轨的两端固定在悬挂杆上；顶部固定板的上部连接有4自由度连接装置；Z轴固定杆固定于4自由度连接装置中；Z轴固定杆的下方连接固定被调试机器人设备。本发明用于对机器人系统的自稳性能和运动性能进行测试。

Description

一种机器人调试平台

技术领域

本发明涉及机器人测试技术领域，具体地，涉及一种机器人调试平台。

背景技术

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。从应用角度定义可以分为：仿生机器人，轮式机器人，爬行或者蠕动机器人，机械臂等。

机器人在工业、服务业等领域，都已经发挥着非常重要的作用。对于未来科技而言，随着科学技术的发展，不断攻克，制造机器人的技术。从工业机器人只能做一些机械性的动作，到如今的智能机器人，说话、带有多种传感器、能够有效地适应变化的环境，具有很强的自适应能力、学习能力和自治功能。甚至帮助人类的日常生活。

目前我国机器人的测试设备存在一些突出问题，如缺乏统一的规划、功能单一化，标准化、系列化和通用化程度低等。这就要求现代化的机器人综合性能测试系统能够满足更全面的试验需要：能够对机器人进行有效的检测和评估；可以对机器人控制系统进行方便及全面的功能性检测；可以对机器人发生故障进行事后分析、模拟和故障归零；在后续改进过程中，可以对修改后的机器人控制系统进行测试和验证。

现有的调试平台方案存在调试平台功能单一、机器人在调试平台上可移动范围小的问题。

经检索：

机器人单腿总成控制开发性能测试平台及方法(201210355304.0)，本发明公开了一种机器人单腿总成控制开发性能测试平台及方法，该测试平台适用于四足或多足液压驱动机器人仿生步态生成中单腿运动与快速步态控制，以及机器人载荷分配、控制力分配、单腿力反馈控制、“离散步态+连续力控制”姿态稳定控制多项控制策略的开发与研究；足式步行机器人双腿脚力测试实验平台(201410106755.X)，公开了一种足式步行机器人双腿脚力测试实验平台。该实验平台由机器人双腿实验台架、机器人单腿总成、机器人双腿连接器、机器人双腿实验机构以及机器人双腿控制器组成；一种机械手测试平台(201510718505.6)，提供一种应用于机械手设备领域的机械手测试平台；一种无人机机载多轴云台调试平台(201610519358.4)，公开了一种无人机机载多轴云台调试平台，涉及云台检测技术领域，包括平台、调试系统和供电模块三个部分，本发明集合“测试”、“调试”和“演示”等功能为一体，可全面采集被测云台的姿态和其他数据，便于工作人员对其进行综合评价和调试。

上述专利所涉及的调试装置都是基于基座式的、针对单一种类机器人的调试平台，由于机器人的种类很多，功能各不相同，比如：足式步行机器人，机载云台，机械手，无人机等，调试装备针对的对象单一，成本较高。

上述4个专利所涉及的调试装置均不包含平台导轨。水平方向的导轨能够增大机器人调试水平移动范围，这是以上三种装置所不具备的。垂直方向的导轨能够增大机器人调试垂直方向移动范围，以上三种专利所涉及的调试装置的方法是基于一维的移动，调试的范围受到很大的限制。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种机器人调试平台，用于对机器人系统的自稳性能和运动性能进行调试，同时确保试验安全。

为实现以上目的，本发明提供一种机器人调试平台，包括：顶部固定板，X轴滑槽杆，X轴导轨，Y轴滑槽，Y轴导轨，悬挂杆，Z轴固定杆，以及4自由度连接装置；其中：

所述顶部固定板的底部安装有若干所述X轴滑槽杆，所述X轴滑槽杆与所述X轴导轨配合，所述X轴滑槽杆沿所述X轴导轨水平移动，从而实现所述顶部固定板沿X轴方向的水平移动；所述X轴导轨的两端分别安装有所述Y轴滑槽，所述Y轴滑槽与所述Y轴导轨配合，所述Y轴滑槽沿所述Y轴导轨水平移动，从而实现所述顶部固定板沿Y轴方向的水平移动；所述Y轴导轨的两端固定在所述悬挂杆上；所述顶部固定板的上部连接有所述4自由度连接装置；所述Z轴固定杆固定于所述4自由度连接装置中，所述Z轴固定杆的下方安装有球头关节轴承并通过所述球头关节轴承连接固定被调试机器人。

优选地，所述4自由度连接装置包括：X轴轴承，X轴角度编码器，Y轴轴承，Y轴角度编码器，Z轴直线轴承，固定基座，以及4自由度连接装置骨架；其中：

所述固定基座固定在所述顶部固定板的上部；所述X轴轴承的两端固定在所述固定基座上；所述4自由度连接装置骨架连接固定在所述X轴轴承的中部位置；所述X轴角度编码器连接固定于所述X轴轴承的一端；所述4自由度连接装置骨架上固定有所述Y轴轴承、所述Y轴角度编码器和所述Z轴直线轴承，且所述Z轴固定杆穿过所述Z轴直线轴承；

所述4自由的连接装置骨架上固定有X轴轴承、X轴角度编码器、Y轴轴承和Y轴角度编码器，通过被调试机器人的自身运动从而带动X轴轴承和Y轴轴承转动，从而实现调试被调试机器人在前、后、左、右4个方向的移动，同时通过X轴角度编码器和Y轴角度编码器的测量得出Z轴固定杆的偏转位姿；所述Z轴直线轴承中穿过Z轴固定杆，Z轴固定杆在Z轴直线轴承中上下移动，从而带动通过球头关节轴承固定在Z轴固定杆下方的被调试机器人实现上下2个方向的移动；所述调试平台与被调试机器人的连接位置视具体被调试机器人的种类而定。

优选地，所述X轴滑槽杆的数量不少于两根。

优选地，所述X轴导轨安装有位置编码器，用于测量顶部固定板在X轴方向上的位置。

更优选地，所述位置编码器采用磁栅式位置编码器，所述磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

优选地，所述X轴导轨的数量为两条。

优选地，所述Y轴导轨上安装有位置编码器，用于测量Y轴导轨在Y轴方向上的位置，也即顶部固定板在Y轴方向上的位置。

更优选地，所述位置编码器采用磁栅式位置编码器，所述磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

优选地，所述Y轴导轨的数量为两条。

优选地，所述Z轴固定杆在4自由度连接装置的上、下方分别设置有固定限位装置，所述固定限位装置用于限制所述Z轴固定杆的上下移动范围，从而使被调试机器人在限位范围内自由移动。

优选地，所述Z轴固定杆上还设置有惯性测量模块，所述惯性测量模块用于测量所述Z轴固定杆的姿态。

优选地，所述悬挂杆为可变长度的支撑杆，悬挂杆的伸长和缩短用于调节Y轴导轨的高度，从而实现对所述顶部固定板高度的调整。

优选地，所述调试平台还设置有参与被调试机器人调试的上位机，所述上位机与被调试机器人之间进行有线或者无线数据通讯，其中：

有线数据通讯的方式，是指：通过设置数据线连接上位机与被调试机器人，通过数据线实现上位机与被调试机器人之间的有线数据通讯；

无线数据通讯的方式，是指：分别在上位机、被调试机器人上设置无线电台，通过无线电台实现上位机与被调试机器人之间的无线数据通讯。

本发明所述被调试机器人是足式机器人，所述足式机器人包括：足式单腿机器人、足式双腿机器人；

或者，所述被调试机器人是机械手，所述机械手包括：专用机械手、通用机械手；

或者，所述被调试机器人是无人机，所述无人机包括：多旋翼无人机、固定翼无人机。

本发明通过设置固定限位装置使被调试机器人在限位范围内自由移动，同时所述平台为悬挂式测试平台，能够极大减小4自由度连接装置的固定基座对机器人上传感器的干扰。使用所述平台调试被调试机器人时，对于被调试机器人性能参数来说，使用所述平台仅相当于在被调试机器人上加了一个Z轴固定杆的负重，其他结构在不超出限位范围时均不会对被调试机器人产生作用力。所述平台在运行时，通过X轴角度编码器和Y轴角度编码器的测量得出Z轴固定杆的偏转位姿；所述平台自动控制顶部固定板沿着X轴导轨水平移动，和X轴导轨沿着Y轴导轨水平移动，从而使得Z轴固定杆趋于竖直状态。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够在调试机器人时，对被调试机器人起到有效保护作用，减少机器人控制系统不完善对机器人盲目调试造成的损失；在进行机器人调试时，可以使用本发明的对机器人的测量结果参与机器人控制；本发明能够调试多种机器人类型，如仿生机器人、无人机、无人机机载云台，相对比于测试种类单一的机器人调试平台，能够降低成本。

本发明所具有的平台导轨，可以有效增大机器人的调试范围，水平方向的导轨能够增大机器人调试水平移动范围，垂直方向的导轨能够增大机器人调试垂直方向移动范围。本发明的调试平台较之传统功能单一的调试平台，具有丰富的功能，能在该平台上对机器人进行较为全面的调试。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一优选实施例的4自由度连接装置结构示意图；

图3为本发明一优选实施例的有线通讯方式示意图；

图4为本发明一优选实施例的无线通讯方式示意图；

图中：

顶部固定板1，X轴滑槽杆2，X轴导轨3，Y轴滑槽4，Y轴导轨5，悬挂杆6，Z轴固定杆7，4自由度连接装置8，球头关节轴承9，固定限位装置10，被调试机器人11，X轴轴承12，X轴角度编码器13，Y轴轴承14，Y轴角度编码器15，Z轴直线轴承16，固定基座17，4自由度连接装置骨架18，惯性测量模块19，上位机20，数据线21，无线电台22。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种机器人调试平台，包括：顶部固定板1，X轴滑槽杆2，X轴导轨3，Y轴滑槽4，Y轴导轨5，悬挂杆6，Z轴固定杆7，4自由度连接装置8，球头关节轴承9，以及固定限位装置10；其中：

顶部固定板1的下方固定有若干个X轴滑槽杆2，若干个X轴滑槽杆2设置于顶部固定板1的底部；X轴导轨3为两条平行导轨，X轴滑槽杆2放置在X轴导轨3上并沿X轴导轨3水平移动，从而带动顶部固定板1沿X轴方向水平移动；X轴导轨3的两端分别固定有Y轴滑槽4，Y轴滑槽4对称设置于两条平行的X轴导轨3的两端；Y轴导轨5为两条平行导轨，Y轴滑槽4均放置在Y轴导轨5上并沿Y轴导轨5水平移动，从而带动顶部固定板1沿Y轴方向水平移动；两条Y轴导轨5的两端分别固定在悬挂杆6上；顶部固定板1上固定有4自由度连接装置8；Z轴固定杆7固定在4自由度连接装置8中，Z轴固定板7的下方通过球头关节轴承9连接固定被调试机器人11；Z轴固定杆7在4自由度连接装置8的上、下方分别设有固定限位装置10，固定限位装置10用于限制Z轴固定杆7的上、下移动范围。

如图2所示，作为一优选的实施方式，所述4自由度连接装置8，包括：X轴轴承12、X轴角度编码器13、Y轴轴承14、Y轴角度编码器15、Z轴直线轴承16、固定基座17、4自由度连接装置骨架18；其中：

所述X轴轴承12的两端分别固定在固定基座17上；所述固定基座17固定在所述顶部固定板1的上部；所述X轴角度编码器13设置在X轴轴承12的一端；所述4自由度连接装置骨架18固定在X轴轴承12的中部位置；所述4自由度连接装置骨架18上固定有Y轴轴承14、Y轴角度编码器15、Z轴直线轴承16，且Z轴直线轴承16中穿过Z轴固定杆7。

所述4自由的连接装置骨架18上固定有X轴轴承12、X轴角度编码器13、Y轴轴承14和Y轴角度编码器15，其中：X轴轴承12、Y轴轴承14用于调试被调试机器人11在前、后、左、右4个方向移动(即通过被调试机器人的自身运动而带动X轴轴承12、Y轴轴承14的转动)；同时通过X轴角度编码器13和Y轴角度编码器15的测量得出Z轴固定杆7的偏转位姿。

所述Z轴直线轴承16中穿过Z轴固定杆7，Z轴固定杆7固定在4自由度连接装置8中，Z轴固定杆7下方通过球头关节轴承9固定被调试机器人11，通过Z轴固定杆7沿Z轴直线轴承16方向上下滑动从而调试被调试机器人11在上、下2个方向移动。

作为一优选的实施方式，所述被调试机器人11可以是足式机器人，足式机器人包括：足式单腿机器人、足式双腿机器人。

作为一优选的实施方式，所述被调试机器人11可以是机械手，机械手包括：专用机械手、通用机械手。

作为一优选的实施方式，所述被调试机器人11可以是无人机，无人机包括：多旋翼无人机、固定翼无人机。

作为一优选的实施方式，所述X轴滑槽杆2的数量不少于两条；通过增加所述X轴滑槽杆2的数量，能够有效提高所述调试平台的稳定性和载荷。

作为一优选的实施方式，在所述X轴导轨3上安装位置编码器，位置编码器用于测量顶部固定板1在X轴方向上的位置。

所述Y轴导轨5上安装位置编码器，用于测量Y轴导轨5在Y轴方向上的位置，也即顶部固定板1在Y轴方向上的位置。

进一步的，所述位置编码器采用磁栅式位置编码器，磁栅式位置编码器具有精度高、成本低且便于安装和使用的特点。

如图3所示，作为一优选的实施方式，在所述Z轴固定杆7上安装有惯性测量模块19，用于测量Z轴固定杆7的姿态。

作为一优选的实施方式，所述机器人调试平台还设置有上位机20参与调试，所述上位机20用于与被调试机器人11进行数据通讯；其中：

如图3所示，所述上位机20与被调试机器人11采用有线的方式通讯，即所述上位机20通过数据线21与被调试机器人11连接，通过数据线21实现上位机20与被调试机器人11之间的数据通讯；

如图4所示，所述上位机20与被调试机器人11采用无线的方式通讯，即分别在上位机20和被调试机器人11上设置无线电台22，通过无线电台22实现上位机20与被调试机器人11之间的数据通讯。

本实施例所述调试平台可以使被调试机器人11在限位范围内自由移动，同时所述调试平台与被调试机器人11的连接位置视被调试机器人11具体种类而定，所述调试平台为悬挂式测试平台，能够极大减小4自由度连接装置的固定基座17对被调试机器人11上传感器的干扰。

使用所述调试平台调试被调试机器人11时，对于被调试机器人11性能参数来说，使用所述调试平台仅相当于在被调试机器人11上加了一个Z轴固定杆7的负重，其他结构在不超出限位范围时均不会对被调试机器人11产生作用力。

所述调试平台在运行时，通过X轴角度编码器13和Y轴角度编码器15的测量得出Z轴固定杆7的偏转位姿；所述调试平台自动控制顶部固定板1沿着X轴导轨3水平移动，和X轴导轨3沿着Y轴导轨5水平移动，从而使得Z轴固定杆7趋于竖直状态。

在其他实施例里，可以缺省X轴角度编码器13和Y轴角度编码器15。另外，可以增加X轴滑槽杆2的数量，这些可以根据实际需要设置，对于本发明的实质没有影响。

本发明能够安全方便的对机器人的自稳定性能和运动性能进行调试；本发明解决了现有调试平台安装方案影响机器人传感器、无人机在调试平台上调试运动范围小等问题；本发明在保护被调试机器人安全的同时还能够实时测量机器人的位置信息。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种机器人调试平台，其特征在于，包括：顶部固定板，X轴滑槽杆，X轴导轨，Y轴滑槽，Y轴导轨，悬挂杆，Z轴固定杆，以及4自由度连接装置；其中：

所述顶部固定板的底部安装有若干所述X轴滑槽杆，所述X轴滑槽杆与所述X轴导轨配合，所述X轴滑槽杆沿所述X轴导轨水平移动，从而实现所述顶部固定板沿X轴方向的水平移动；所述X轴导轨的两端分别安装有一个所述Y轴滑槽，所述Y轴滑槽与所述Y轴导轨配合，所述Y轴滑槽沿所述Y轴导轨水平移动，从而实现所述顶部固定板沿Y轴方向的水平移动；所述Y轴导轨的两端固定在所述悬挂杆上；所述顶部固定板的上部连接有所述4自由度连接装置；所述Z轴固定杆固定于所述4自由度连接装置中，所述Z轴固定杆的下方安装有球头关节轴承并通过所述球头关节轴承连接固定被调试机器人。

2.根据权利要求1所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述X轴滑槽杆的数量不少于两根。

3.根据权利要求1所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述X轴导轨上安装有位置编码器，用于测量顶部固定板在X轴方向上的位置；所述位置编码器采用磁栅式位置编码器；

所述X轴导轨的数量为两条。

4.根据权利要求1所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述Y轴导轨上安装有位置编码器，位置编码器用于测量Y轴导轨在Y轴方向上的位置，即顶部固定板在Y轴方向上的位置；

所述Y轴导轨的数量为两条。

5.根据权利要求1所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述Z轴固定杆在所述4自由度连接装置的上、下方分别设置有固定限位装置，所述固定限位装置用于限制所述Z轴固定杆的上、下移动范围，从而使被调试机器人在限位范围内自由移动。

6.根据权利要求5所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述Z轴固定杆上还设置有惯性测量模块，惯性测量模块用于测量所述Z轴固定杆的姿态。

7.根据权利要求1所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述悬挂杆为可变长度的支撑架，悬挂杆的伸长和缩短用于调节Y轴导轨的高度，从而实现对所述顶部固定板高度的调整。

8.根据权利要求1所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述4自由度连接装置包括：X轴轴承，X轴角度编码器，Y轴轴承，Y轴角度编码器，Z轴直线轴承，固定基座，以及4自由度连接装置骨架；其中：

所述固定基座固定在所述顶部固定板的上部；所述X轴轴承的两端固定在所述固定基座上；所述4自由度连接装置骨架连接固定在所述X轴轴承的中部位置；所述X轴角度编码器连接固定于所述X轴轴承的一端；所述4自由度连接装置骨架上固定有所述Y轴轴承、所述Y轴角度编码器和所述Z轴直线轴承，且所述Z轴固定杆穿过所述Z轴直线轴承；

所述4自由的连接装置骨架上固定有X轴轴承、X轴角度编码器、Y轴轴承和Y轴角度编码器，通过被调试机器人的自身运动从而带动X轴轴承和Y轴轴承转动，从而实现调试被调试机器人在前、后、左、右4个方向的移动，同时通过X轴角度编码器和Y轴角度编码器的测量得出Z轴固定杆的偏转位姿；所述Z轴直线轴承中穿过Z轴固定杆，Z轴固定杆在Z轴直线轴承中上下移动，从而带动通过球头关节轴承固定在Z轴固定杆下方的被调试机器人实现上下2个方向的移动；所述调试平台与被调试机器人的连接位置视具体被调试机器人的种类而定。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述调试平台还设置有参与被调试机器人调试的上位机，所述上位机与被调试机器人之间进行有线数据通讯或者无线数据通讯。

10.根据权利要求9所述的一种机器人调试平台，其特征在于，所述有线数据通讯，是指：上位机与被调试机器人通过设置数据线连接，由数据线实现上位机与被调试机器人之间的有线数据通讯；

所述无线数据通讯，是指：分别在上位机、被调试机器人上设置无线电台，通过无线电台实现上位机与被调试机器人之间的无线数据通讯。