CN110132630A - 用于特种机器人测试的自动可调台阶装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于特种机器人测试的自动可调台阶装置及其使用方法，包括依次并排设置的多个台阶结构、驱动单元、多个变速箱和位移传感器，所述台阶结构包括台阶及设置于台阶下方且用于调节所述台阶踏面升降的升降机构，所述变速箱设置于所述升降机构下方，每个台阶结构内均对应设置有一个变速箱，以利于所述变速箱能够对所述升降机构进行变速操作；所述位移传感器固定设置于最左侧台阶内，所述位移传感器位于最左侧台阶内升降机构的左侧；所述驱动单元设置于所述台阶结构的左方，且所述驱动单元连接所述变速箱且与所述位移传感器电性连接；本发明的结构简单，操作便捷，能够完成台阶高度的自动调整，对特种机器人的越障性能进行测试。

Description

用于特种机器人测试的自动可调台阶装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是用于特种机器人测试的自动可调台阶装置及其使用方法。

背景技术

机器人多级台阶通过性反映了机器人越障性能。机器人面临的环境多为非结构地形环境，非结构地形环境是多样的、复杂的三维地形，包括天然形成的起伏、崎岖地形，以及人工修建的坡路、阶梯、沟道等人工地形。这些地形通常简化为斜坡、台阶、连续台阶、沟道等具有典形特征的地形。

连续台阶攀爬测试是机器人越障性能测试项目之一。ASTM E2804-2011 StandardTest Method for Evaluating Emergency Response Robot Capabilities：Mobility：Confined Area Obstacles：Stairs Landings对机器人攀爬台阶作了规定，DB13/T 1483-2011《矿用井下机器人》6.10.7台阶攀爬试验也作了规定；因此，建立机器人运动测试试验台对机器人进行测试，通过实验来分析机器人的真实运动性能，对于机器人的运动性能分析和优化设计等具有重要的应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供用于特种机器人测试的自动可调台阶装置及其使用方法，能够完成台阶高度的自动调整，对特种机器人的越障性能进行测试。

本发明采用了以下方法来实现：用于特种机器人测试的自动可调台阶装置，包括依次并排设置的多个台阶结构、驱动单元、多个变速箱和位移传感器，其特征在于：所述台阶结构包括台阶及设置于台阶下方且用于调节所述台阶踏面升降的升降机构，所述变速箱设置于所述升降机构下方，每个台阶结构内均对应设置有一个变速箱，以利于所述变速箱能够对所述升降机构进行变速操作；所述位移传感器固定设置于最左侧台阶内，所述位移传感器位于最左侧台阶内升降机构的左侧；所述驱动单元设置于所述台阶结构的左方，且所述驱动单元连接所述变速箱且与所述位移传感器电性连接；所述升降机构包括由所述驱动单元带动的螺杆和带动台阶上下升降的套筒，所述套筒上端固定于所述台阶内上表面中部，所述套筒下端固定设置有一螺母，所述螺杆下端与所述变速箱连接，所述螺杆上端螺旋穿过所述螺母设置于所述套筒内，以利于驱动单元控制升降机构带动台阶上下升降。

进一步的，所述驱动单元包括控制箱、伺服电机和减速器，所述控制箱设置于所述台阶结构的左方，所述控制箱电性与所述伺服电机连接，所述伺服电机输出轴由左至右依次穿过所述减速器和所述变速箱固定于最右侧台阶右侧壁上，所述位移传感器电性与所述控制箱连接。

进一步的，最右侧台阶的右侧面连接有用于放置特种机器人的平台。

进一步的，每个台阶升降螺杆螺距相同，螺距为P；所述升降机构由所述伺服电机驱动，所述伺服电机连接至各台阶的变速箱，所述变速箱带动螺杆，使得台阶踏面进行升降。

所述用于特种机器人测试的自动可调台阶装置及其使用方法包括以下步骤：

步骤S1、将需测试的特种机器人放置在平台上，工作人员通过控制箱开启该装置的伺服电机；

步骤S2、伺服电机转动时经变速箱带动螺杆转动，螺杆螺旋带动套筒向上抬升，台阶踏面向上抬升时，第一个台阶变速箱的速比为i，则第二个台阶变速箱的速比为i/2，第三个台阶变速箱的速比为i/3，第四个台阶变速箱的速比为i/4，以此类推，第K个台阶变速箱的速比为i/k；伺服电机的转速为n，传动时间为t，使得第一个台阶踏面的抬升高度为h1=n/i*t*p，则第二个台阶踏面的抬升高度为h2=n/i/2*t*p=2h1，第三个台阶踏面的抬升高度为h3=n/i/3*t*p=3h1，第四个台阶踏面的抬升高度为h4=n/i/4*t*p=4h1，以此类推，第K个台阶踏面的抬升高度为hk=n/i/k*t*p=kh1，以利于螺杆转动带动套筒向上抬升时，使得台阶踏面向上抬升的高度不一；

步骤S3、通过位移传感器的作用，当第K个台阶上升高度达到Kh1时，位移传感器发送信号给控制箱，控制箱控制关闭伺服电机。

本发明的有益效果在于：本发明在装置中加入了驱动单元和升降机构，使得通过驱动单元驱动升降机构，再通过升降机构进行台阶高度的自动调节，降低工作人员的劳动强度；通过控制伺服电机，可精确控制台阶踏面的高度上升或下降，来满足测试的各种需求；本发明结构简单，操作便捷，可以根据需要调节不同的台阶高度，从而构建出灵活多变的测试台阶，实现机器人的越障性能测试。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1和图2所示，本发明提供了一实施例：用于特种机器人测试的自动可调台阶装置，包括依次并排设置的多个台阶结构1、驱动单元2、多个变速箱3和位移传感器4，所述台阶结构1包括台阶11及设置于台阶11下方且用于调节所述台阶11踏面升降的升降机构5，所述变速箱3设置于所述升降机构5下方，每个台阶结构1内均对应设置有一个变速箱3，以利于所述变速箱3能够对所述升降机构5进行变速操作，通过各个变速箱3的速比不同，使得各个变速箱3对每个台阶11可进行不同程度的升降，形成台阶状；所述位移传感器4固定设置于最左侧台阶内，所述位移传感器4位于最左侧台阶内升降机构的左侧；所述驱动单元2设置于所述台阶结构1的左方，且所述驱动单元2连接所述变速箱3且与所述位移传感器4电性连接，使得驱动单元2可对变速箱3进行控制，位移传感器4能够将台阶的高度信号传输至驱动单元2内；所述升降机构5包括由所述驱动单元2带动的螺杆51和带动台阶11上下升降的套筒52，所述套筒52上端固定于所述台阶11内上表面中部，所述套筒52下端固定设置有一螺母53，所述螺杆51下端与所述变速箱3连接，所述螺杆51上端螺旋穿过所述螺母53设置于所述套筒52内，以利于驱动单元2控制升降机构5带动台阶11上下升降，使得驱动单元2开始工作时，能够带动螺杆51在螺母53内进行上下升降，使套筒52能够带动台阶踏面进行上下升降，形成多层台阶来测试特种机器人的越障性能。

所述驱动单元2包括控制箱21、伺服电机22和减速器23，所述控制箱21设置于所述台阶结构1的左方，所述控制箱21电性与所述伺服电机22连接，所述伺服电机22输出轴由左至右依次穿过所述减速器23和所述变速箱3固定于最右侧台阶右侧壁上，所述位移传感器4电性与所述控制箱21连接。使得控制箱21开启伺服电机22，伺服电机22经减速器23带动伺服电机22输出轴转动，伺服电机22再通过每个变速箱3的速比不一，使得台阶踏面抬升的高度不一，形成台阶状，由于位移传感器4与所述控制箱21连接，通过位移传感器4给控制箱21的信号反馈，控制箱21能够实时监测台阶踏面高度。

最右侧台阶的右侧面连接有用于放置特种机器人的平台6。

每个台阶11升降螺杆螺距相同，螺距为P；所述升降机构5由所述伺服电机22驱动，所述伺服电机22连接至各台阶11的变速箱3，所述变速箱3带动螺杆51，使得台阶踏面进行升降。

一种用于特种机器人测试的自动可调台阶装置及其使用方法包括以下步骤：

步骤S1、将需测试的特种机器人放置在平台上，工作人员通过控制箱开启该装置的伺服电机；

步骤S2、伺服电机转动时经变速箱带动螺杆转动，螺杆螺旋带动套筒向上抬升，台阶踏面向上抬升时，由于第一个台阶变速箱的速比为i，则第二个台阶变速箱的速比为i/2，第三个台阶变速箱的速比为i/3，第四个台阶变速箱的速比为i/4，以此类推，第K个台阶变速箱的速比为i/k；伺服电机的转速为n，传动时间为t，使得第一个台阶踏面的抬升高度为h1=n/i*t*p，则第二个台阶踏面的抬升高度为h2=n/i/2*t*p=2h1，第三个台阶踏面的抬升高度为h3=n/i/3*t*p=3h1，第四个台阶踏面的抬升高度为h4=n/i/4*t*p=4h1，以此类推，第K个台阶踏面的抬升高度为hk=n/i/k*t*p=kh1，以利于螺杆转动带动套筒向上抬升时，使得台阶踏面向上抬升的高度不一，通过台阶踏面抬升的高度不一，形成了可用于给特种机器人进行越障测试的台阶；

步骤S3、通过位移传感器的作用，当第K个台阶上升高度达到Kh1时，位移传感器发送信号给控制箱，控制箱控制关闭伺服电机，由于位移传感器与控制箱连接，所以通过位移传感器的信号反馈，控制箱能够实时的监测台阶踏面的高度位置，当台阶踏面高度位置不合适时，能够通过控制箱来实时进行控制台阶踏步高度上升或下降高度，从而满足测试要求，使得能够让特种机器人来通过不同的台阶高度测试。当特种机器人完成越障测试过后，工作人员再次通过控制箱开启伺服电机，操作伺服电机反转，使得伺服电机转动时经变速箱带动螺杆转动，螺杆螺旋带动套筒下降，使得套筒带动台阶向下运动，台阶下降与台阶抬升时变速箱的速比与高度均遵循上述类推公式，在此不再赘述，台阶下降后，工作人员通过控制箱关闭伺服电机。

本发明中控制箱、变速箱、伺服电机、减速器和位移传感器的电路原理均为现有技术，本领域技术人员已经能够详细了解，在此不进行详细说明，本发明采用的位移传感器较佳的型号为KTC拉杆式直线位移传感器（型号为KTC600，机械行程600mm），但不仅限于此。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.用于特种机器人测试的自动可调台阶装置，包括依次并排设置的多个台阶结构、驱动单元、多个变速箱和位移传感器，其特征在于：所述台阶结构包括台阶及设置于台阶下方且用于调节所述台阶踏面升降的升降机构，所述变速箱设置于所述升降机构下方，每个台阶结构内均对应设置有一个变速箱，以利于所述变速箱能够对所述升降机构进行变速操作；所述位移传感器固定设置于最左侧台阶内，所述位移传感器位于最左侧台阶内升降机构的左侧；所述驱动单元设置于所述台阶结构的左方，且所述驱动单元连接所述变速箱且与所述位移传感器电性连接；所述升降机构包括由所述驱动单元带动的螺杆和带动台阶上下升降的套筒，所述套筒上端固定于所述台阶内上表面中部，所述套筒下端固定设置有一螺母，所述螺杆下端与所述变速箱连接，所述螺杆上端螺旋穿过所述螺母设置于所述套筒内，以利于驱动单元控制升降机构带动台阶上下升降。

2.根据权利要求1所述的用于特种机器人测试的自动可调台阶装置，其特征在于：所述驱动单元包括控制箱、伺服电机和减速器，所述控制箱设置于所述台阶结构的左方，所述控制箱电性与所述伺服电机连接，所述伺服电机输出轴由左至右依次穿过所述减速器和所述变速箱固定于最右侧台阶右侧壁上，所述位移传感器电性与所述控制箱连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于特种机器人测试的自动可调台阶装置及其使用方法，其特征在于：最右侧台阶的右侧面连接有用于放置特种机器人的平台。

4.根据权利要求2所述的用于特种机器人测试的自动可调台阶装置，其特征在于：每个台阶升降螺杆螺距相同，螺距为P；所述升降机构由所述伺服电机驱动，所述伺服电机连接至各台阶的变速箱，所述变速箱带动螺杆，使得台阶踏面进行升降。

5.一种如权利要求1至4任意一项所述的用于特种机器人测试的自动可调台阶装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将需测试的特种机器人放置在平台上，工作人员通过控制箱开启该装置的伺服电机；

步骤S2、伺服电机转动时经变速箱带动螺杆转动，螺杆螺旋带动套筒向上抬升，台阶踏面向上抬升时，第一个台阶变速箱的速比为i，则第二个台阶变速箱的速比为i/2，第三个台阶变速箱的速比为i/3，第四个台阶变速箱的速比为i/4，以此类推，第K个台阶变速箱的速比为i/k；伺服电机的转速为n，传动时间为t，使得第一个台阶踏面的抬升高度为h1=n/i*t*p，则第二个台阶踏面的抬升高度为h2=n/i/2*t*p=2h1，第三个台阶踏面的抬升高度为h3=n/i/3*t*p=3h1，第四个台阶踏面的抬升高度为h4=n/i/4*t*p=4h1，以此类推，第K个台阶踏面的抬升高度为hk=n/i/k*t*p=kh1，以利于螺杆转动带动套筒向上抬升时，使得台阶踏面向上抬升的高度不一；

步骤S3、通过位移传感器的作用，当第K个台阶上升高度达到Kh1时，位移传感器发送信号给控制箱，控制箱控制关闭伺服电机。