CN109814534B - 一种机器人的运行状态测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人的运行状态测试方法。应用于整机待出厂状态时的帮扶机器人移动测试。测试通过该装置触发遥控器摇杆和按键，以控制带负载的整体机器人车身向所需方向移动，从而对帮扶机器人进行长时间的模拟人操作的系统性测试，也可用于对含有摇杆和按键的控制器的测试工作。基于该装置的操作方法可以模拟人手对于摇杆的操作习惯，从而更为客观的对待出厂的控制器及其附属设备进行测试。该方法控制逻辑简单有效，结合控制装置，可以实现机器人在平面边界内运动，且操作方法模仿人的操作，较为客观的反映机器人在出厂前的状态，通过测试使其暴露问题，解决问题。

Description

一种机器人的运行状态测试方法

技术领域

本发明涉及自动控制或测试技术领域，具体地说是一种控制器的外接式自动控制装置；以及应用该技术进行机器人测试的运行状态测试方法。

背景技术

控制器是常用的操控部件，其上一般集成各种按键、摇杆、触摸屏、信号采集传感器等元件。常常需要对其进行测试或操控。

摇杆，也叫作控制杆，操纵杆，应用范围非常广泛。常见应用于游戏操纵手柄等电子产品上，应用于移动摄像和CCTV控制系统、测试计量设备、医药成像系统、自动化机器控制、视频编辑及生产设备、工业及科学用仪表等，还在各种机械设备上得到应用，包括F-15喷气式战斗机、挖掘机和轮椅等。

其一般包括可以进行倾倒操作的摇杆，同时还可以根据操作者对摇杆的倾倒操作输出相应信号。摇杆主要由支撑摇臂的支架、设置在支架上可进行倾倒等操作的摇臂，另外为了实现摇杆的控制功能，摇杆上设置有传感器、开关等电子部件。

广泛的应用场景，需要对摇杆进行出厂测试或自动操控，过量的人工参与，造成了大量的人力资源浪费：

例如，摇杆生产时需要对摇杆进行各项性能测试，测试合格的产品才能出货。例如，帮扶机器人的控制部分包括摇杆和按钮，帮扶机器人需要进行整机出厂移动测试，测试包括带负载的整体车身移动、触发遥控器按键等，进行长时间的系统性的测试。需要自动控制机构，根据上位控制信号，通过执行装置对摇杆、按键进行操纵。

现有技术中，操控摇杆的装置或方法有：

CN201010586474-一种飞机驾驶杆式操纵系统试验加载装置，使用平移的方式实现控制操作杆，机加工精度要求高，结构复杂；201520127620一种摇杆测试工装，通过手动、滑动等方式来实现测试摇杆；201810390870一种摇杆测试装置，通过转动的方式控制摇杆，只能做周向运动；CN201410019333-工业操纵杆寿命测试装置，实现对摇杆前后摇摆操作。不能进行旋转。

现有技术中，未见对摇杆或按键综合进行测试和操纵的技术。

现有技术中多对机器人的运行控制，多采用人工操作或电子控制的方式。对于具有遥控器的机器人，遥控器作为与人信息交流的重要接口，则未见现有技术通过直接操纵遥控器、并结合摄像采集信息进行判断实现机器人的运行测试。

发明内容

针对现有技术中提到的技术问题和需求，本发明提供一种控制器的外接式自动控制装置。该装置典型实施例为适用于帮扶机器人处于整机出厂状态时的移动测试。测试通过该装置触发遥控器摇杆和按键，以控制带负载的整体车身移动向所需方向移动，从而对帮扶机器人进行长时间的系统性的测试。也可用于对含有摇杆和按键的控制器的测试工作。实施的技术方案为：

如图1和图2所示，控制器的外接式自动控制装置，主要由壳体（1），壳盖（2）组成，壳体（1）内安装：横驱动机（9）、纵驱动机（11）、横轴（101）、纵轴（121）和摇爪（13）。横驱动机（9）、纵驱动机（11）固定在壳体（1）中，横轴（101）、纵轴（121）和摇爪（13）为相对壳体（1）活动的。

横驱动机（9）和纵驱动机（11）分别驱动横轴（101）和纵轴（121）。横轴（101）和纵轴（121）相垂直交叉，呈凹字形的纵轴（121）包拢同样呈凹字形的横轴（101）。横轴（101）和纵轴（121）的凹字形，使得两者相互“咬合”，但又不会相互接触。

横轴（101）的横框心区（103）和纵轴（121）的纵框心区（123）上下相对，以容纳摇爪（13）穿过二者；通过横轴（101）和纵轴（121）的可控摇摆，带动摇爪（13）转动，从而操控与摇爪（13）相连的控制器（5）的摇杆（6）转动。

当横轴（101）和纵轴（121）转动时，可以带动穿过横框心区（103）和纵框心区（123）摇爪（13）摇动，从而达到控制控制器（5）的摇杆（6）的目的。

该方法，模拟人手对于摇杆（6）的操作习惯，从而更为客观的对待出厂的控制器（5）及其附属设备进行测试。解决使用电子控制手段进行控制的弊端（不能客观反映操作情况）。

本控制设备，结构简单，控制方案简洁有效，已经得到良好的应用。

如图10、图11和图12所示，一种机器人的运行状态测试方法，应用外接式自动控制装置，采用如下步骤控制机器人（24）运行，从而完成机器人（24）的测试工作：

将具有指向性的图标（23）贴在机器人（24）上；主要是张贴在机器人的最上部，明显的位置，方便摄像头捕捉其影响。

将机器人（24）置于设定边界（25）内；打开机器人（24）的电源开关等。

位于机器人（24）上方的摄像头，获取包含所述图标（23）的机器人图像；

对图像进行灰度处理和二值化处理，以获取图标（23）的像素位置。二值化就是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果的过程。图像的二值化使图像中数据量大为减少，从而能凸显出目标的轮廓。

对数据进行提取，循环检测图标（23）的像素在设定边界（25）中的位置和朝向；

上位机向所述控制装置的控制中枢发布指令，从而控制机器人的控制器（5）的摇杆（6）和按键（7），从而控制所述机器人（24）在设定边界（25）中运行。

该方法控制逻辑简单有效，结合控制装置，可以实现机器人（24）在平面边界（25）内运动，且操作方法模仿人的操作，较为客观的反馈机器人（24）在出厂前的状态，通过测试使其暴露问题，解决问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明整体使用状态图。

图2是本发明箱体的内部执行装置透视图。

图3是本发明摇爪操控和按键按压执行局部图。

图4是本发明摇爪操控部分结构图一。

图5是本发明摇爪操控部分结构图二。

图6是本发明摇爪操控部分结构图三。

图7是本发明摇爪操控部分结构图四。

图8本发明横轴结构图。

图9本发明对控制器摇杆控制图。

图10本发明帮扶机器人使用色标示意图。

图11本发明电子围栏示意图。

图12本发明对含色标的摄影数据二值化前后的图片。

其中：

1-壳体，2-壳盖，201-线孔，3-水平式快速夹钳，4-夹钳支架，5-控制器，6-摇杆，7-按键，8-驱动机固定架，9-横驱动机，10-横连接部，101-横轴，102-横轴端，103-横框心区，104-横轴前梁，105-横轴后梁，106-横轴前梁滑轴承，107-横轴后梁滑轴承，11-纵驱动机，12-纵连接部，121-纵轴，122-纵轴端，123-纵框心区，124-纵轴前梁，125-纵轴后梁，13-摇爪，131-摇抓帽，132-摇抓T杆，14-主轴支撑体，15-横滑动轴承，16-纵滑动轴承，17-轴盖，21-电磁阀岛，22-直动执行体，23-图标，24-机器人，25-设定边界，26-电子围栏。

具体实施方式

如图1-12所示，结合具体的附图，对本发明的功能进行详细描述和解释。

如图1所示，外接的线缆、气管等通过线孔（201）进入本装置。

横驱动机（9）通过横连接部（10）驱动横轴（101）；纵驱动机（11）通过纵连接部（12）驱动纵轴（121）。横驱动机（9）和纵驱动机（11）安装于主轴支撑体（14）上。

作为优选的实施方案一，如图3所示，还包括直动执行体（22）；直动执行体（22）由支架固定于所述的壳体（1）内，于控制器（5）的按键（7）处，使得直动执行体（22）能够按压按键（7）；控制器（5）由水平式快速夹钳（3）夹持固定在壳体（1）上。水平式快速夹钳（3）固定在夹钳支架（4）上。夹钳支架（4）固定在壳体（1）

目前，相当比例的控制器（5）既有按键（7）又有摇杆（6），为了适应对这两种操作键进行控制的目的，设置直动执行体（22）。

作为优选的实施方案二，如图3所示，还包括电磁阀岛（21），所述的直动执行体（22）为气缸，电磁阀岛（21）和气缸之间通过气管相连；电磁阀岛（21）安装于所述的壳体（1）内。使用气缸的方法，控制策略较为简单，但是需要增加气泵或者是通压缩控制。从使用的效果来说，可以满足长期、高频次的使得气缸动作。

或者作为优选的实施方案三，如图3所示，直动执行体（22）为直线电磁铁。但是在实际使用过程中，长期给直线电磁体通电，会导致其由于高温而失效。因此如果采用直线电磁铁的方案，则不适合连续使用其按压按键（7）。或者在其中加入散热机构。

作为优选的实施方案四，如图4所示，横驱动机（9）和纵驱动机（11）为舵机、减速电机或伺服控制电机。由于对横轴（101）和纵轴（121）的控制以一定角度范围的摆动为主，使用舵机即可基本满足应用的需求，具有价格低廉、结构紧凑，但精度很低，位置镇定能力较差，能够满足很多低端需求的特点。减速电机或伺服电机的应用，为驱动手段提供了一种新的选择，使得控制的精度更高、可控性更强。

作为优选的实施方案四，如图3和图9所示，摇爪（13）端部具有摇抓帽（131）；控制器（5）的摇杆（6）容纳在摇爪（13）端部的摇抓帽（131）中，跟随摇爪（13）转动而转动。

作为优选的实施方案五，如图3和图9所示，摇爪（13）为刚性体；摇抓帽（131）固定连接摇爪（13），使得摇爪（13）跟随摇抓帽（131）精确转动。当然，摇抓帽（131）也可以为弹性体，使得方便摇抓帽（131）和摇爪（13）之间的连接。

作为优选的实施方案五，如图5、图6，图7和图8所示，摇爪（13）具有T形的摇抓T杆（132）；摇抓T杆（132）两端的轴分别置于横轴（101）上起轴承作用的横轴前梁滑轴承（106），横轴后梁滑轴承（107）中；摇抓T杆（132）带动摇爪（13）绕横轴前梁滑轴承（106）和横轴后梁滑轴承（107）转动。

轴盖（17）紧固在横轴（101）上，起固定作用，用以防止摇抓T杆（132）两端的轴脱离横轴前梁滑轴承（106），横轴后梁滑轴承（107）。

作为优选的实施方案六，如图6所示，纵轴（121）的凹字形状底部是两相平行的纵轴前梁（124）和纵轴后梁（125）；纵轴前梁（124）和纵轴后梁（125）为圆柱状、耐磨材料制成。纵轴前梁（124），纵轴后梁（125）与摇爪（13）之间为滑动摩擦，纵轴前梁（124），纵轴后梁（125）与摇爪（13）之间的间距，控制在1mm以内，以防止间隙过大，影响控制效果。

本控制设备，结构简单，控制方案简洁有效，已经得到良好的应用。

一种机器人的运行状态测试方法，应用上述的外接式自动控制装置，采用如下步骤控制机器人（24）运行，从而完成机器人（24）的测试工作：

将具有指向性的图标（23）贴在机器人（24）上；主要是张贴在机器人的最上部，明显的位置，方便摄像头捕捉其影响。

将机器人（24）置于设定边界（25）内；打开机器人（24）的电源开关等。

位于机器人（24）上方的摄像头，获取包含所述图标（23）的机器人图像；

对图像进行灰度处理和二值化处理，以获取图标（23）的像素位置。二值化就是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果的过程。图像的二值化使图像中数据量大为减少，从而能凸显出目标的轮廓。

对数据进行提取，循环检测图标（23）的像素在设定边界（25）中的位置和朝向；

上位机向所述控制装置的控制中枢发布指令，从而控制机器人的控制器（5）的摇杆（6）和按键（7），从而控制所述机器人（24）在设定边界（25）中运行。

作为一种机器人的运行状态测试方法的优选实施方案一，所述的指向性图标（23）为等腰三角形与长方形的结合；等腰三角形的底边与长方形的长边重合。也可以是其他的简单几何图形，只要是二值化之后，具有明确指向性的图标，均可以应用在本实施方案中。

作为一种机器人的运行状态测试方法的优选实施方案二，所述的朝向，为所述的图标（23）中等腰三角形底边与最近的设定边界（25）之切线间的夹角。所述的平面边界（25），典型为矩形。也可以是其他任何适应机器人在其中运行的图形。二值化后，通过判断图标（23）的指向与平面边界（25）之切线间的夹角，一则来判断其具体方向，二则判断其在封闭的平面边界（25）图形中的位置。

作为一种机器人的运行状态测试方法的优选实施方案三，在对图像的处理过程中不断判断图标（23）在摄像头视野中的像素位置，从而对机器人（24）进行跟踪和定位，从而进行路径规划。路径规划在软件中运算自动完成，或者预先设定好路径数据，使得机器人（24）在平面边界（25）中运行。

平面边界（25）中各个组成边界，可以为直线或曲线，或者为直线或曲线的组合。只要便于机器人（24）在其中运行的任何形状的边界均可。该边界的各个边线可以在同一平面内，也可以位于一个空间曲面内，使得可以测试机器人的爬坡、下坡、驻车状态等。

作为一种机器人的运行状态测试方法的优选实施方案四，在所述的设定边界（25）外，设置电子围栏（26）；所述的上位机采集电子围栏（26）的反馈信号。电子围栏（26）可以是在控制系统中通过软件写入边界信息，也可以通过硬件建立物理电子围栏，防止机器人（24）在测试过程中出现控制失控，而冲出平面边界（25）的情况发生。

作为一种机器人的运行状态测试方法的优选实施方案五，所述的电子围栏（26）由多对安全光幕围合而成，构成闭合的区域。多对安全光幕围合而成的区域为多边形区域。各边在水平面的投影均为直线。

作为一种机器人的运行状态测试方法的优选实施方案六，所述的机器人（24）为具有四轮结构和座位的帮扶机器人。尤其是专利申请号为201711100221.6的一种家用帮扶全向移动机器人和专利申请号为201810604374.2的无固定座椅的帮扶机器人、帮扶机器人。

该方法控制逻辑简单有效，结合控制装置，可以实现机器人（24）在平面边界（25）内运动，且操作方法模仿人的操作，较为客观的反馈机器人（24）在出厂前的状态，通过测试使其暴露问题，解决问题

另外，本发明的实施方式是表示本发明的内容的一例，可以进一步与其它的公知技术组合，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内省略一部分等进行变更来构成。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (12)

1.一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于应用控制器的外接式自动控制装置；

所述的控制器的外接式自动控制装置，由壳体（1），壳盖（2）组成，其特征在于壳体（1）内安装：横驱动机（9）、纵驱动机（11）、横轴（101）、纵轴（121）和摇爪（13）；

横驱动机（9）和纵驱动机（11）分别驱动横轴（101）和纵轴（121）；

横轴（101）和纵轴（121）相垂直交叉，呈凹字形的纵轴（121）包拢同样呈凹字形的横轴（101）；

横轴（101）的横框心区（103）和纵轴（121）的纵框心区（123）上下相对，以容纳摇爪（13）穿过二者；

通过横轴（101）和纵轴（121）的可控摇摆，带动摇爪（13）转动，从而操控与摇爪（13）相连的控制器（5）的摇杆（6）转动；

还包括直动执行体（22）；直动执行体（22）由支架固定于所述的壳体（1）内，于控制器（5）的按键（7）处，使得直动执行体（22）能够按压按键（7）；

控制器（5）由水平式快速夹钳（3）夹持固定在壳体（1）上；

直动执行体（22）为直线电磁铁；

横驱动机（9）和纵驱动机（11）为舵机、减速电机或伺服控制电机；

采用如下步骤控制机器人（24）运行，从而完成机器人（24）的测试工作：

a.将具有指向性的图标（23）贴在机器人（24）上；

b.将机器人（24）置于设定边界（25）内；

c.位于机器人（24）上方的摄像头，获取包含所述图标（23）的机器人图像；

d.对图像进行灰度处理和二值化处理，以获取图标（23）的像素位置；

e.对数据进行提取，循环检测图标（23）的像素在设定边界（25）中的位置和朝向；

f.上位机向所述控制装置的控制中枢发布指令，从而控制机器人的控制器（5）的摇杆（6）和按键（7），从而控制所述机器人（24）在设定边界（25）中运行。

2.根据权利要求1所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于控制器的外接式自动控制装置还包括电磁阀岛（21），所述的直动执行体（22）为气缸，电磁阀岛（21）和气缸之间通过气管相连；电磁阀岛（21）安装于所述的壳体（1）内。

3.根据权利要求2所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于摇爪（13）端部具有摇抓帽（131）；控制器（5）的摇杆（6）容纳在摇爪（13）端部的摇抓帽（131）中，跟随摇爪（13）转动而转动。

4.根据权利要求3所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于摇爪（13）为刚性体；摇抓帽（131）固定连接摇爪（13），使得摇爪（13）跟随摇抓帽（131）精确转动。

5.根据权利要求3或4所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于摇爪（13）具有T形的摇抓T杆（132）；摇抓T杆（132）两端的轴分别置于横轴（101）上起轴承作用的横轴前梁滑轴承（106），横轴后梁滑轴承（107）中；摇抓T杆（132）带动摇爪（13）绕横轴前梁滑轴承（106）和横轴后梁滑轴承（107）转动。

6.根据权利要求5所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于纵轴（121）的凹字形状底部是两相平行的纵轴前梁（124）和纵轴后梁（125）；纵轴前梁（124）和纵轴后梁（125）为圆柱状、耐磨材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于所述的指向性的图标（23）为等腰三角形与长方形的结合；等腰三角形的底边与长方形的长边重合。

8.根据权利要求7所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于所述的朝向，为所述的图标（23）中等腰三角形底边与最近的设定边界（25）之切线间的夹角。

9.根据权利要求8所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于在对图像的处理过程中不断判断图标（23）在摄像头视野中的像素位置，从而对机器人（24）进行跟踪和定位，从而进行路径规划。

10.根据权利要求7或9所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于在所述的设定边界（25）外，设置电子围栏（26）；所述的上位机采集电子围栏（26）的反馈信号。

11.根据权利要求10所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于所述的电子围栏（26）由多对安全光幕围合而成，构成闭合的区域。

12.根据权利要求7或11所述的一种机器人的运行状态测试方法，其特征在于所述的机器人（24）为具有四轮结构和座位的帮扶机器人。