CN111823216A - 一种机器人实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人实验平台，包括机架；第一驱动装置，设置在机架上；第一传动机构，与第一驱动装置连接；第一连杆，与第一传动机构连接，且第一连杆以连接处为基点，绕基点摆动；第二驱动装置，设置在第一连杆上，第二驱动装置的输出轴轴线经过基点；第二传动机构，设置在第一连杆上，与输出轴连接；第二连杆，设置在第一连杆上，与第二传动机构连接；传感器；此机器人实验平台通过第一传动机构、第二传动机构实现远距离传输扭矩的效果，避免电机带来的惯性干扰，并且第二驱动装置的输出轴与第一连杆的摆动基点共线，使得机器人动力学模型中的惯性矩阵和重力矩阵相对减小，因此机器人动力学的运动控制算法的验证能更加精确和方便。

Description

一种机器人实验平台

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人实验平台。

背景技术

目前，工业机器人作为自动化领域中的一种高新技术产品，由于其结构紧凑、工作效率高等特点，被广泛应用于搬运、焊接、装配等技术邻域。然而，由于机器人多关节耦合及关节间存在摩擦、间隙等非线性因素，难以建立精确的机器人动力学模型，所以目前工业上应用基于机器人动力学控制的技术并不成熟，机器人动力学模型依然存在许多未知问题，人们通常需要采用多种控制算法以补偿机器人的不确定性。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种机器人实验平台，能够更精确地验证机器人运动的控制算法，促进机器人技术行业的发展。

根据本发明的第一方面实施例，提供一种机器人实验平台，包括机架；第一驱动装置，设置在机架上；第一传动机构，设置在机架上，第一传动机构的输入端与第一驱动装置连接；第一连杆，设置在机架上，第一连杆与第一传动机构的输出端连接，且第一连杆以连接处为基点，绕基点摆动；第二驱动装置，设置在第一连杆上，第二驱动装置包括输出轴，输出轴的轴线经过基点；第二传动机构，设置在第一连杆上，第二传动机构的输入端与输出轴连接；第二连杆，设置在第一连杆上，第二连杆与第二传动机构的输出端连接；传感器，设置在第一连杆和第二连杆上。

有益效果：此机器人实验平台通过在第一驱动装置和第一连杆之间设置第一传动机构，在第二驱动装置和第二连杆之间设置第二传动机构，实现远距离传输扭矩的效果，避免电机直接作用于机器人的各关节而带来的惯性干扰，并且第二驱动装置的输出轴与第一连杆的摆动基点共线，使得机器人动力学模型中的惯性矩阵和重力矩阵相对减小，因此机器人动力学的运动控制算法的实现与验证能更加精确和方便。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，第一传动机构包括第一主带轮、第一同步带和第一从带轮，第一主带轮与第一驱动装置连接，第一从带轮与第一连杆连接，第一同步带套接在第一主带轮和第一从带轮上。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，第一驱动装置与第一主带轮之间设有减速器，减速器的输入端与第一驱动装置连接，减速器的输出端上设有联轴器，联轴器上设有第一传动轴，第一传动轴与第一主带轮连接。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，还包括第二传动轴，第二传动轴设置在第一从带轮的中心处，第二传动轴的上端与第一连杆的底面连接，第二传动轴驱动第一连杆摆动。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，第二传动机构设置在第一连杆的中部位置，第二传动机构包括第二主带轮、第二同步带和第二从带轮，第二主带轮与输出轴连接，第二从带轮与第二连杆连接，第二同步带套接在第二主带轮和第二从带轮上。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，第二驱动装置设置在第一连杆的顶面，输出轴穿过第一连杆的顶面与第二主带轮连接。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，还包括第三传动轴，第三传动轴的一端设置在第二从带轮的中心处，第三传动轴的另一端穿过第一连杆的顶面与第二连杆连接。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，第一传动轴的轴线、第二传动轴的轴线、第三传动轴的轴线相互平行。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，第一驱动装置和第二驱动装置均为伺服电机。

根据本发明第一方面实施例的机器人实验平台，传感器为六维力传感器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1为本发明实施例的正视图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，一种机器人实验平台，包括机架10；第一驱动装置30，设置在机架10上；第一传动机构20，设置在机架10上，第一传动机构20的输入端与第一驱动装置30连接；第一连杆60，设置在机架10上，第一连杆60与第一传动机构20的输出端连接，且第一连杆60以连接处为基点，绕基点摆动，其中第一连杆60与第一传动机构20的输出端的连接方式为铰接，基点亦为铰接处的中心点；第二驱动装置50，设置在第一连杆60上，第二驱动装置50包括输出轴，输出轴的轴线经过基点；第二传动机构40，设置在第一连杆60上，第二传动机构40的输入端与输出轴连接；第二连杆70，设置在第一连杆60上，第二连杆70与第二传动机构40的输出端连接；传感器，设置在第一连杆60和第二连杆70上。此机器人实验平台通过在第一驱动装置30和第一连杆60之间设置第一传动机构20，在第二驱动装置50和第二连杆70之间设置第二传动机构40，实现远距离传输扭矩的效果，避免电机直接作用于机器人的各关节而带来的惯性干扰，并且第二驱动装置50的输出轴与第一连杆60的摆动基点共线，使得机器人动力学模型中的惯性矩阵和重力矩阵相对减小，因此机器人动力学的运动控制算法的实现与验证能更加精确和方便。

在本实施例中，还包括电控系统，电控系统包括工控机和运动控制卡，工控机的输入端与运动控制卡电连接。运动控制卡通过PCI插槽内嵌到工控机中，形成上位机和下位机的关系。工控机主要负责人机界面、实时监控和发送指令等系统管理工作；运动控制卡负责处理运动控制的细节，例如加减速计算、行程控制、多轴插补等，而且不占用PC机资源，便于让用户专注精力解决复杂的运动控制问题。其中PCI是Peripheral ComponentInterconnect、外设部件互连标准的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。传感器的输出端与电控系统的输入端电连接。

在本实施例中，第一传动机构20包括第一主带轮21、第一同步带23和第一从带轮22，第一主带轮21与第一驱动装置30连接，第一从带轮22与第一连杆60连接，第一同步带23套接在第一主带轮21和第一从带轮22上，同步带具有远距离传输动力的特点，且传动准确，工作时无滑动，传动比恒定，且通过带轮能精确定位和安装轴类组件，使整体结构更紧凑。

在本实施例中，第一驱动装置30与第一主带轮21之间设有减速器31，减速器31的输入端与第一驱动装置30连接，减速器31的输出端上设有联轴器32，联轴器32上设有第一传动轴33，第一传动轴33与第一主带轮21连接，经减速器31增大转矩，为机器人中的第一连杆60提供更大的关节扭矩。其中，第一传动轴33的一端安装在联轴器32上，另一端穿过第一主带轮21的中心处，与固定在机架10的第一轴承座连接，保证第一驱动装置30的输出端、减速器31的输出端、联轴器32的中心线、第一传动轴33的轴线、第一主带轮21的中心线均重合，使定位更加准确。

在本实施例中，还包括第二传动轴51，第二传动轴51设置在第一从带轮22的中心处，第二传动轴51的上端与第一连杆60的底面连接，第二传动轴51驱动第一连杆60摆动。其中，第二传动轴51的下端固定在机架10的第二轴承座上，然后第二传动轴51穿过第一从带轮22的中心处，与第一连杆60的底面连接，保证三者的中心轴线定位准确。

在本实施例中，第二传动机构40设置在第一连杆60的中部位置，第二传动机构40包括第二主带轮41、第二同步带43和第二从带轮42，第二主带轮41与输出轴连接，第二从带轮42与第二连杆70连接，第二同步带43套接在第二主带轮41和第二从带轮42上。

在本实施例中，第二驱动装置50设置在第一连杆60的顶面，输出轴穿过第一连杆60的顶面与第二主带轮41连接。还包括第三转动轴80，第三转动轴80的一端设置在第二从带轮42的中心处，第三转动轴80的另一端穿过第一连杆60的顶面与第二连杆70连接。

在本实施例中，第一传动轴33的轴线、第二传动轴51的轴线、第三转动轴80的轴线相互平行，简化机器人的动力学模型。

在本实施例中，第一驱动装置30和第二驱动装置50均为伺服电机。伺服电机通过同步带传动为机器人提供关节扭矩，避免了电机安装在关节处所增加的额外负载，整个传动系统运行更加平稳。

在本实施例中，传感器为六维力传感器。能够同时测量两个方向以上力及力矩分量的力传感器，在笛卡尔坐标系中力和力矩可以各自分解为三个分量，因此，多维力最完整的形式是六维力传感器，即能够同时测量三个力分量和三个力矩分量的传感器，广泛使用的多维力传感器就是这种传感器。

此机器人实验平台在具体使用时，在电控系统上实现机器人运动控制算法的设计，电控系统根据所设计的运动控制算法输出相应的电信号控制第一驱动装置30和第二驱动装置50的角位移和角速度，第一驱动装置30的转动经过减速器31增大转矩，减速器31又带动第一传动轴33旋转，由于第一主带轮21安装在第一传动轴33上，第一传动轴33的旋转使得第一主带轮21旋转，第一主带轮21通过第一同步带23传动使得第一从带轮22旋转，由于第一从带轮22安装在第二传动轴51上，从而是第二传动轴51旋转，为机器人的第一连杆60提供关节扭矩。第二驱动装置50可设置在薄板上，薄板通过支柱等连接件固定在第一连杆60的顶面上。其中第二驱动装置50的输出轴的回转中心与第一连杆60的回转中心共线。第二伺服电机通过第二同步带43传动为机器人的第二连杆70提供关节扭矩。安装在关节回转轴或第二连杆70末端的传感器采集机器人实时运动数据，反馈到电控系统，电控系统根据传感器实时反馈的数据与运动控制要求调整输出电信号，实现机器人运动控制算法的验证。其中由于第二同步带43通过第一连杆60的定位与固定，使得带传动的中心距保持稳定；同时，第二连杆70通过第二同步带43传动进行远距离传输扭矩，避免第二驱动装置50直接驱动带来的惯性影响，从而使得机器人动力学模型

中的惯性矩阵M(q)和重力矩阵G(q)相对减小，有利于对基于机器人动力学的运动控制算法的实现与验证。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种机器人实验平台，其特征在于，包括：

机架；

第一驱动装置，设置在所述机架上；

第一传动机构，设置在所述机架上，所述第一传动机构的输入端与所述第一驱动装置连接；

第一连杆，设置在所述机架上，所述第一连杆与所述第一传动机构的输出端连接，且所述第一连杆以连接处为基点，绕所述基点摆动；

第二驱动装置，设置在所述第一连杆上，所述第二驱动装置包括输出轴，所述输出轴的轴线经过所述基点；

第二传动机构，设置在所述第一连杆上，所述第二传动机构的输入端与所述输出轴连接；

第二连杆，设置在所述第一连杆上，所述第二连杆与所述第二传动机构的输出端连接；

传感器，设置在所述第一连杆和所述第二连杆上。

2.根据权利要求1所述的机器人实验平台，其特征在于：所述第一传动机构包括第一主带轮、第一同步带和第一从带轮，所述第一主带轮与所述第一驱动装置连接，所述第一从带轮与所述第一连杆连接，所述第一同步带套接在所述第一主带轮和所述第一从带轮上。

3.根据权利要求2所述的机器人实验平台，其特征在于：所述第一驱动装置与所述第一主带轮之间设有减速器，所述减速器的输入端与所述第一驱动装置连接，所述减速器的输出端上设有联轴器，所述联轴器上设有第一传动轴，所述第一传动轴与所述第一主带轮连接。

4.根据权利要求2所述的机器人实验平台，其特征在于：还包括第二传动轴，所述第二传动轴设置在所述第一从带轮的中心处，所述第二传动轴的上端与所述第一连杆的底面连接，所述第二传动轴驱动所述第一连杆摆动。

5.根据权利要求4所述的机器人实验平台，其特征在于：所述第二传动机构设置在所述第一连杆的中部位置，所述第二传动机构包括第二主带轮、第二同步带和第二从带轮，所述第二主带轮与所述输出轴连接，所述第二从带轮与所述第二连杆连接，所述第二同步带套接在所述第二主带轮和所述第二从带轮上。

6.根据权利要求5所述的机器人实验平台，其特征在于：所述第二驱动装置设置在所述第一连杆的顶面，所述输出轴穿过所述第一连杆的顶面与所述第二主带轮连接。

7.根据权利要求6所述的机器人实验平台，其特征在于：还包括第三传动轴，所述第三传动轴的一端设置在所述第二从带轮的中心处，所述第三传动轴的另一端穿过所述第一连杆的顶面与所述第二连杆连接。

8.根据权利要求7所述的机器人实验平台，其特征在于：所述第一传动轴的轴线、第二传动轴的轴线、第三传动轴的轴线相互平行。

9.根据权利要求1至8任一项所述的机器人实验平台，其特征在于：所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为伺服电机。

10.根据权利要求1至8任一项所述的机器人实验平台，其特征在于：所述传感器为六维力传感器。

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