CN108731962A - 仿生机械腿测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生机械腿测试平台，包括土槽、机架、滑台、机械腿总成以及数据采集系统。本发明以x轴双导轨，y轴四导轨方式实现限制仿生机械腿在矢状面内运动，整体结构稳定性好，运行误差较小。本发明整体结构通过螺栓连接，拆装方便，且仿生机械腿在X轴的初始位置、Y轴的最低限位、与Z轴垂直的运行平面都可调节，可对不同尺寸的仿生机械腿进行性能测试。另外本发明提供多元化运行环境，对仿生机械腿在不同地面环境下运动性能进行检测。

Description

仿生机械腿测试平台

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种仿生机械腿测试平台。

背景技术

为了对仿生机械腿性能进行测试，观察仿生机械腿的运动性能，为后续优化设计等工作提供理论依据，有必要搭建仿生机械腿的运动测试平台。根据当前机械腿测试系统是否固定，测试平台可分为固定式和移动式两种。

美国麻省理工学院针对仿猎豹后肢机械腿测试设计了一种固定式测试装置，模拟约束在平面内运行一个周期，即通过限位杆的摆动和滑块的水平移动限制仿生机械腿在矢状面内运动。西班牙马德里自动化与机器人研究中心针对仿马腿机械腿的测试设计了固定式单腿测试平台。该装置通过直线轴承的垂直运动和跑步机的水平运动限制机械腿在矢状面内运行。哈尔滨工业大学设计了一种移动式机器人单腿调试平台。该调试平台下方安装轮子，可使机械腿测试平台随着机械腿的运动而运动，有利于减少调试平台的尺寸和占地面积，可让机械腿运行更多的周期，提高测量精度和数据的可信度，减少误差。但该调试平台运行稳定性较差，运行速度不宜过大，否则易与地面产生较大反作用力，从而造成调试平台不能正常运行。

当前无论是固定式还是移动式测试平台，都存在运行环境单一等缺点，忽略运行环境对机械腿运动性能的影响。随着技术发展，未来有更多仿生机器人面向非常规地面，因此多元化运行环境对仿生机械腿的测试是至关重要的。本发明针对现有技术不足，提供一种仿生机械腿测试平台。

发明内容

本发明公开一种仿生机械腿测试平台。此测试平台限制仿生机械腿在矢状面内运动，并提供多元化运行环境，对不同规格尺寸的仿生机械腿在不同地面环境下的运动性能进行检测。针对现有单腿测试平台的技术不足，本发明提供一种仿生机械腿测试平台。

一种仿生机械腿测试平台，包括机架、土槽、滑台、机械腿总成以及数据采集系统；

机架包括支架、第一导轨、第二导轨、第一X轴线性轴承、第二X轴线性轴承、第三X轴线性轴承、第四X轴线性轴承、第一滑台支撑座、第二滑台支撑座、第三滑台支撑座、第四滑台支撑座；

所述的第一导轨与第二导轨固定在机架上；第一X轴线性轴承与第二X轴线性轴承安装第一导轨上，分别与第一导轨形成滑动副；第一滑台支撑座固定在第一X轴线性轴承上；第二滑台支撑座固定在第二X轴线性轴承上；第三X轴线性轴承与第四X轴线性轴承安装在第二导轨上，分别与第二导轨形成滑动副，第三滑台支撑座固定在第三X轴线性轴承上；第四滑台支撑座固定在第四X轴线性轴承上；

滑台包括吊架、光轴、Y轴线性轴承、限位装置、T型板支撑座、第一支撑梁、第二支撑梁、T型板，其中限位装置包括压簧、SK光轴固定座、橡胶板；

所述的吊架固定在第一滑台支撑座、第二滑台支撑座、第三滑台支撑座、第四滑台支撑座上，光轴固定在吊架上；所述的限位装置安装在光轴上；SK光轴固定座固定在光轴上，可以通过调节SK光轴固定座在光轴上的初始位置限制Y轴线性轴承在光轴上的最低位置；压簧安装在光轴上，可在光轴上滑动，下端与SK光轴固定座接触；橡胶板安装在光轴上，可在光轴上滑动，下端与压簧接触；Y轴线性轴承安装在光轴上，形成滑动副，位于橡胶板上端；T型板支撑座固定在Y轴线性轴承上；第一支撑梁和第二支撑梁固定在T型板支撑座上；

机械腿总成包括仿生机械腿、电控箱、第一行程开关、第二行程开关；

所述的T型板固定在第一支撑梁和第二支撑梁上；仿生机械腿安装在T型板上；第一行程开关和第二行程开关固连在T型板上，当仿生机械腿碰撞到第一行程开关，控制仿生机械腿伸腿，当仿生机械腿碰撞到第二行程开关，控制仿生机械腿曲腿；

数据采集系统包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、第一足底压力传感器、第二足底压力传感器、振动传感器；

所述的X轴位移传感器一端固定在吊架上，另一端固定在支架上；Y轴位移传感器一端固定在吊架上，另一端固定在第一支撑梁上；振动传感器固定在T型板上；第一足底压力传感器和第二足底压力传感器固定在仿生机械腿上。

所述的电控箱安装在机架的一端。

本发明的工作过程及使用原理：

为了实现仿生机械腿的正常运行，仿生机械腿在离地期需要与地面保持一定距离。根据T型板与地面的最小距离，调节SK光轴固定座在对应光轴上的初始位置，利用限位装置支撑仿生机械腿离地期的运动。当仿生机械腿在触地时，由于地面的反作用力，仿生机械腿会带动T型板运动。T型板的运动可以分解为沿X轴的水平运动和沿Y轴的竖直运动。T型板会带动第一支撑梁和第二支撑梁沿着Y轴运动。同时，T型板通过第一支撑梁和第二支撑梁推动吊架沿着X轴运动，模拟仿生机械腿触地期的运行情况。当仿生机械腿离地后，T型板在自身重力和仿生机械腿的作用下沿着Y轴落到最低位置，与四个橡胶板软接触，使四个橡胶板发生形变。四个橡胶板分别压缩对应的压簧，在压簧反弹作用下，最终保持平衡。滑台和仿生机械腿在自身惯性的作用，继续沿着X轴运动，模拟仿生机械腿离地期的运行情况。

本发明的有益效果：

1、多元化运行环境，可对仿生机械腿在不同地面环境下运动性能进行检测。主要通过在仿生机械腿测试平台下方配备了一个5m×1.67m×0.73m的长方体土槽来实现多元化运行环境，根据运行环境的不同，在土槽中设定不同的地面环境。

2、本发明以x轴双导轨，y轴四导轨的方式实现限制仿生机械腿在矢状面内稳定运行，整体结构简单，通过螺栓连接，拆装方便，且承载能力大、工作稳定，便于加工制造，成本低。

3、整体尺寸较大，长宽高约为4m×1.75m×1.75m，本发明具有一般适应性，可对不同尺寸仿生机械腿进行性能测试。X轴方向可容许仿生机械腿运行多个周期，提高测试准确性。Y轴方向可通过调节限位装置的初始位置，控制仿生机械腿运行的最低位置。Z轴方向可通过调节四个光轴的位置，控制仿生机械腿的在不同的矢状面(与XOY面平行的平面)内运动。

附图说明

图1是本发明整体结构立体示意图。

图2是本发明机架的立体示意图。

图3是本发明滑台的立体示意图。

图4是本发明机械腿总成的立体示意图。

图5是本发明机械腿总成的另一角度立体示意图。

图6是本发明的限位装置局部放大图。

图7是本发明图2A处局部放大图。

其中：1-机械腿总成；2-机架；3-土槽；4-电控箱；5-滑台；6-第一滑台支撑座；7-第一X轴线性轴承；8-第二滑台支撑座；9-第二X轴线性轴承；10-第一导轨；11-支架；12-第三X轴线性轴承；13-第三滑台支撑座；14-第四X轴线性轴承；15-第四滑台支撑座；16-第二导轨；17-吊架；18-第一支撑梁；19-光轴；20-T型板支撑座；21-Y轴线性轴承；22-橡胶板；23-压簧；24-SK光轴固定座；25-限位装置；26-第二支撑梁；27-X轴位移传感器；28-Y轴位移传感器；29-振动传感器；30-第一行程开关；31-仿生机械腿；32-第一足底压力传感器；33-第二足底压力传感器；34-第二行程开关；35-T型板。

具体实施方式

请参阅图1至图7所示，一种仿生机械腿测试平台，包括机架2、土槽3、滑台5、机械腿总成1以及数据采集系统；

机架2包括支架11、第一导轨10、第二导轨16、第一X轴线性轴承7、第二X轴线性轴承9、第三X轴线性轴承12、第四X轴线性轴承14、第一滑台支撑座6、第二滑台支撑座8、第三滑台支撑座13、第四滑台支撑座15；

所述的第一导轨10与第二导轨16固定在机架2上；第一X轴线性轴承7与第二X轴线性轴承9安装第一导轨10上，分别与第一导轨10形成滑动副；第一滑台支撑座6固定在第一X轴线性轴承7上；第二滑台支撑座8固定在第二X轴线性轴承9上；第三X轴线性轴承12与第四X轴线性轴承14安装在第二导轨16上，分别与第二导轨16形成滑动副，第三滑台支撑座13固定在第三X轴线性轴承12上；第四滑台支撑座15固定在第四X轴线性轴承14上；

滑台5包括吊架17、光轴19、Y轴线性轴承21、限位装置25、T型板支撑座20、第一支撑梁18、第二支撑梁26、T型板35，其中限位装置25包括压簧23、SK光轴固定座24、橡胶板22；

所述的吊架17固定在第一滑台支撑座6、第二滑台支撑座8、第三滑台支撑座13、第四滑台支撑座15上，光轴19固定在吊架17上；限位装置25安装在光轴19上；SK光轴固定座24固定在光轴上，可以通过调节SK光轴固定座24在光轴19上的初始位置限制Y轴线性轴承21在光轴19上的最低位置；压簧23安装在光轴19上，可在光轴19上滑动，下端与SK光轴固定座24接触；橡胶板22安装在光轴19上，可在光轴19上滑动，下端与压簧23接触；Y轴线性轴承21安装在光轴19上，形成滑动副，位于橡胶板22上端；T型板支撑座20固定在Y轴线性轴承21上；第一支撑梁18和第二支撑梁26固定在T型板支撑座20上；

机械腿总成1包括仿生机械腿31、电控箱4、第一行程开关30、第二行程开关34；

所述的T型板35固定在第一支撑梁18和第二支撑梁26上；仿生机械腿31安装在T型板35上；第一行程开关30和第二行程开关34固连在T型板35上，当仿生机械腿31碰撞到第一行程开关30，控制仿生机械腿31伸腿，当仿生机械腿31碰撞到第二行程开关34，控制仿生机械腿31曲腿；

数据采集系统包括X轴位移传感器27、Y轴位移传感器28、第一足底压力传感器32、第二足底压力传感器33、振动传感器29；

所述的X轴位移传感器27一端固定在吊架17上，另一端固定在支架11上；所述的Y轴位移传感器28一端固定在吊架17上，另一端固定在第一支撑梁18上；振动传感器29固定在T型板35上；第一足底压力传感器32和第二足底压力传感器33固定在仿生机械腿31上。

所述的电控箱4安装在机架2的一端。

本实施例的工作过程及使用原理：

为了实现仿生机械腿31的正常运行，仿生机械腿31在离地期需要与地面保持一定距离。根据T型板35与地面的最小距离，调节SK光轴固定座24在对应光轴19上的初始位置，利用限位装置25支撑仿生机械腿31离地期的运动。当仿生机械腿31在触地时，由于地面的反作用力，仿生机械腿31会带动T型板35运动。T型板35的运动可以分解为沿X轴的水平运动和沿Y轴的竖直运动。T型板35会带动第一支撑梁18和第二支撑梁26沿着Y轴运动。同时，T型板35通过第一支撑梁18和第二支撑梁26推动吊架17沿着X轴运动，模拟仿生机械腿31触地期的运行情况。当仿生机械腿31离地后，T型板35在自身重力和仿生机械腿31的作用下沿着Y轴落到最低位置，与四个橡胶板22软接触，使四个橡胶板22发生形变。四个橡胶板22分别压缩对应的压簧23，在压簧23反弹作用下，最终保持平衡。滑台5和仿生机械腿31在自身惯性的作用，继续沿着X轴运动，模拟仿生机械腿31离地期的运行情况。

Claims (2)

1.一种仿生机械腿测试平台，其特征在于：包括机架(2)、土槽(3)、滑台(5)、机械腿总成(1)以及数据采集系统；

机架(2)包括支架(11)、第一导轨(10)、第二导轨(16)、第一X轴线性轴承(7)、第二X轴线性轴承(9)、第三X轴线性轴承(12)、第四X轴线性轴承(14)、第一滑台支撑座(6)、第二滑台支撑座(8)、第三滑台支撑座(13)、第四滑台支撑座(15)；

所述的第一导轨(10)与第二导轨(16)固定在机架(2)上；第一X轴线性轴承(7)与第二X轴线性轴承(9)安装第一导轨(10)上；第一滑台支撑座(6)固定在第一X轴线性轴承(7)上；第二滑台支撑座(8)固定在第二X轴线性轴承(9)上；第三X轴线性轴承(12)与第四X轴线性轴承(14)安装在第二导轨(16)上，第三滑台支撑座(13)固定在第三X轴线性轴承(12)上；第四滑台支撑座(15)固定在第四X轴线性轴承(14)上；

滑台(5)包括吊架(17)、光轴(19)、Y轴线性轴承(21)、限位装置(25)、T型板支撑座(20)、第一支撑梁(18)、第二支撑梁(26)、T型板(35)，其中限位装置(25)包括压簧(23)、SK光轴固定座(24)、橡胶板(22)；

所述的吊架(17)固定在第一滑台支撑座(6)、第二滑台支撑座(8)、第三滑台支撑座(13)、第四滑台支撑座(15)上，光轴(19)固定在吊架(17)上；限位装置(25)安装在光轴(19)上；SK光轴固定座(24)固定在光轴上；压簧(23)安装在光轴(19)上，下端与SK光轴固定座(24)接触；橡胶板(22)安装在光轴(19)上，下端与压簧(23)接触；Y轴线性轴承(21)安装在光轴(19)上，位于橡胶板(22)上端；T型板支撑座(20)固定在Y轴线性轴承(21)上；所述的第一支撑梁(18)和第二支撑梁(26)固定在T型板支撑座(20)上；

机械腿总成(1)包括仿生机械腿(31)、电控箱(4)、第一行程开关(30)、第二行程开关(34)；

所述的T型板(35)固定在第一支撑梁(18)和第二支撑梁(26)上；仿生机械腿(31)安装在T型板(35)上；第一行程开关(30)和第二行程开关(34)固连在T型板(35)上；

数据采集系统包括X轴位移传感器(27)、Y轴位移传感器(28)、第一足底压力传感器(32)、第二足底压力传感器(33)、振动传感器(29)；

所述的X轴位移传感器(27)一端固定在吊架(17)上，另一端固定在支架(11)上；Y轴位移传感器(28)一端固定在吊架(17)上，另一端固定在第一支撑梁(18)上；振动传感器(29)固定在T型板(35)上；第一足底压力传感器(32)和第二足底压力传感器(33)固定在仿生机械腿(31)上。

2.根据权利要求1所述的一种仿生机械腿测试平台，其特征在于：所述的电控箱(4)安装在机架(2)的一端。