CN112706191A - 一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，该承载载荷测试方法包括如下步骤：根据仿生四足机器人腿足的构型，进行仿生结构三维建模设计；将高强度的连杆等零部件安装到四足机器人的大小腿上，形成四足机器人的腿足整体组件，采用普通万能试验机和设计特定的固定机座作为夹具，即可以真正实况模拟并直接获得四足机器人在站立姿态下腿足的承载受力情况和破坏程度，方法直观、简单、有效、快速，为四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试提供一套简单高效快捷的解决方案，大大降低了四足机器人腿足承载测试的复杂程度、测试成本以及时间成本，大大促进仿生结构四足机器人的发展。
Description
技术领域
本发明涉及四足机器人腿足和躯干强度模拟测试技术领域，具体为一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法。
背景技术
仿生足式机器人包括单足、双足、四足以及六足机器人，四足机器人是其中一个重要分支，相比轮式和履带式机器人的移动方式具有先天的优势，其在跨越障碍物，走过沙地、沼泽等复杂的特殊路面具有不可比拟的优势。因此，人们对于四足机器人进行了大量的研究，包括四足机器人腿足和躯干的承载能力研究。
采用3D打印可以快速研发和制造出任意形状的构型，因此对于仿生结构这类传统工艺技术难以制造的具有复杂形状和曲面的结构具有先天的技术优势，因此采用3D打印技术制造仿生四足机器人的腿足和躯干结构非常合适的。然而，对于四足机器人的腿足和躯干在不同姿态下的承载情况的测试方面，目前有很多相应的模拟测试平台，这些测试平台都相对比较复杂、耗时耗力，测试成本也相对比较高昂；也不能直接测试四足机器人腿足和躯干在不同姿态下的承载情况，更加达不到真正实况模拟的程度。通过发明一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，采用普通万能试验机和设计特定的固定机座作为夹具，即可以达到四足机器人站立姿态下的实况模拟和直接获得腿足的承载受力情况，方法直观、简单、有效、快速。
因此迫切的需要一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法来解决上述不足之处。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供如下技术方案：一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，该承载载荷测试方法包括如下步骤：
S1：根据仿生四足机器人腿足的构型，进行仿生结构三维建模设计；
S2：将四足机器人腿足的三维模型导入FDM打印系统进行切片处理，并采用高性能复合材料分别打印了四足机器人的大腿和小腿；
S3：将四足机器人的大腿和小腿通过高强度的连接件在关节处连接起来；
S4：将高强度的连杆等零部件安装到四足机器人的大小腿上，形成四足机器人的腿足整体组件；
S5：根据四足机器人大腿与躯干连接的构型，设计用于安装固定四足机器人的腿足整体组件的固定机座，以模拟四足机器人的躯干；
S6：将四足机器人的腿足整体组件以一定角度固定到固定机座上；
S7：将固定了腿足整体组件的固定机座以一定角度安装固定到万能试验机的测试平台上；
S8：保持大腿轴心、足底轴线以及与地面垂直，确保腿足整体组件模拟四足机器人站立姿态的承载受力情况；
S9：保持大小腿形成一定的夹角，模拟四足机器人在行走时大小腿摆动情况；
S10：采用万能试验机进行加载载荷测试：首先，缓慢加载载荷到一定值并持续加载一段时间再卸载载荷；再瞬间加载到一定值即立刻撤销载荷；最后再次瞬间加载到一定值即立刻撤销载荷；
S11：最终通过万能试验机获得相应的力和位移的曲线以及腿足整体组件受力破坏情况进行结果分析。
优选的，S1中所述的仿生结构为猎豹或猎犬的腿足仿生结构，三维建模设计软件为SolidWorks软件。
优选的，S2中所述的FDM打印系统为HAGE 175C，切片软件为Simplify 3D，高性能复合材料为“尼龙+连续碳纤维”复合材料。
优选的，S3中所述高强度的连接件316L不锈钢材质连接件。
优选的，S4中所述高强度的连杆等零部件为316L不锈钢材质零部件，S5中所述的固定机座为垂直固定方式的固定机座。
优选的，S6中所述的一定角度为90°或者垂直安装固定。
优选的，S7中所述的一定角度为90°或者垂直安装固定。
优选的，S9中所述的夹角为66°。
优选的，S10中所述的加载载荷模式为抗压强度测试模式，缓慢加载的载荷为0-500N，持续时间为0-25S；瞬间加载载荷为0-700N和0-1100N。
优选的，测试方法得到四足机器人行走站立实况下力和位移的曲线以及腿足受力破坏情况。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：采用3D打印可以快速研发和制造出任意形状的构型，因此对于仿生结构这类传统工艺技术难以制造的具有复杂形状和曲面的结构具有先天的技术优势，因此采用3D打印技术制造仿生四足机器人的腿足和躯干结构非常合适的。但是，对于四足机器人的腿足和躯干在不同姿态下的承载情况的测试，目前比较缺乏简单直观和快捷有效的测试方法。通过发明一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，采用普通万能试验机和设计特定的固定机座作为夹具，即可以真正实况模拟并直接获得四足机器人在站立姿态下腿足的承载受力情况和破坏程度，方法直观、简单、有效、快速，为四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试提供一套简单高效快捷的解决方案，大大降低了四足机器人腿足承载测试的复杂程度、测试成本以及时间成本，大大促进仿生结构四足机器人的发展。
附图说明
图1为本发明四足机器人的腿足整体组件结构图；
图2为本发明四足机器人的腿足整体组件的固定机座结构图；
图3为本发明腿足整体组件的固定机座安装固定在万能试验机上的测试情况示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，该承载载荷测试方法包括如下步骤：
S1：根据仿生四足机器人腿足的构型，进行仿生结构三维建模设计；
S2：将四足机器人腿足的三维模型导入FDM打印系统进行切片处理，并采用高性能复合材料分别打印了四足机器人的大腿和小腿；
S3：将四足机器人的大腿和小腿通过高强度的连接件在关节处连接起来；
S4：将高强度的连杆等零部件安装到四足机器人的大小腿上，形成四足机器人的腿足整体组件；
S5：根据四足机器人大腿与躯干连接的构型，设计用于安装固定四足机器人的腿足整体组件的固定机座，以模拟四足机器人的躯干；
S6：将四足机器人的腿足整体组件以一定角度固定到固定机座上；
S7：将固定了腿足整体组件的固定机座以一定角度安装固定到万能试验机的测试平台上；
S8：保持大腿轴心、足底轴线以及与地面垂直，确保腿足整体组件模拟四足机器人站立姿态的承载受力情况；
S9：保持大小腿形成一定的夹角，模拟四足机器人在行走时大小腿摆动情况；
S10：采用万能试验机进行加载载荷测试：首先，缓慢加载载荷到一定值并持续加载一段时间再卸载载荷；再瞬间加载到一定值即立刻撤销载荷；最后再次瞬间加载到一定值即立刻撤销载荷；
S11：最终通过万能试验机获得相应的力和位移的曲线以及腿足整体组件受力破坏情况进行结果分析。
S1中所述的仿生结构为猎豹或猎犬的腿足仿生结构，三维建模设计软件为SolidWorks软件。
S2中所述的FDM打印系统为HAGE 175C，切片软件为Simplify 3D，高性能复合材料为“尼龙+连续碳纤维”复合材料。
S3中所述高强度的连接件316L不锈钢材质连接件。
S4中所述高强度的连杆等零部件为316L不锈钢材质零部件，S5中所述的固定机座为垂直固定方式的固定机座。
S6中所述的一定角度为90°或者垂直安装固定。
S7中所述的一定角度为90°或者垂直安装固定。
S9中所述的夹角为66°。
S10中所述的加载载荷模式为抗压强度测试模式，缓慢加载的载荷为0-500N，持续时间为0-25S，瞬间加载载荷为0-700N和0-1100N。
测试方法得到四足机器人行走站立实况下力和位移的曲线以及腿足受力破坏情况。
采用3D打印可以快速研发和制造出任意形状的构型，因此对于仿生结构这类传统工艺技术难以制造的具有复杂形状和曲面的结构具有先天的技术优势，因此采用3D打印技术制造仿生四足机器人的腿足和躯干结构非常合适的。但是，对于四足机器人的腿足和躯干在不同姿态下的承载情况的测试，目前比较缺乏简单直观和快捷有效的测试方法。通过发明一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，采用普通万能试验机和设计特定的固定机座作为夹具，即可以真正实况模拟并直接获得四足机器人在站立姿态下腿足的承载受力情况和破坏程度，方法直观、简单、有效、快速，为四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试提供一套简单高效快捷的解决方案，大大降低了四足机器人腿足承载测试的复杂程度、测试成本以及时间成本，大大促进仿生结构四足机器人的发展。
所需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：该承载载荷测试方法包括如下步骤：
S1：根据仿生四足机器人腿足的构型，进行仿生结构三维建模设计；
S2：将四足机器人腿足的三维模型导入FDM打印系统进行切片处理，并采用高性能复合材料分别打印了四足机器人的大腿和小腿；
S3：将四足机器人的大腿和小腿通过高强度的连接件在关节处连接起来；
S4：将高强度的连杆等零部件安装到四足机器人的大小腿上，形成四足机器人的腿足整体组件；
S5：根据四足机器人大腿与躯干连接的构型，设计用于安装固定四足机器人的腿足整体组件的固定机座，以模拟四足机器人的躯干；
S6：将四足机器人的腿足整体组件以一定角度固定到固定机座上；
S7：将固定了腿足整体组件的固定机座以一定角度安装固定到万能试验机的测试平台上；
S8：保持大腿轴心、足底轴线以及与地面垂直，确保腿足整体组件模拟四足机器人站立姿态的承载受力情况；
S9：保持大小腿形成一定的夹角，模拟四足机器人在行走时大小腿摆动情况；
S10：采用万能试验机进行加载载荷测试：首先，缓慢加载载荷到一定值并持续加载一段时间再卸载载荷；再瞬间加载到一定值即立刻撤销载荷；最后再次瞬间加载到一定值即立刻撤销载荷；
S11：最终通过万能试验机获得相应的力和位移的曲线以及腿足整体组件受力破坏情况进行结果分析。
2.根据权利要求1所述的一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：S1中所述的仿生结构为猎豹或猎犬的腿足仿生结构，三维建模设计软件为SolidWorks软件。
3.根据权利要求1所述的一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：S2中所述的FDM打印系统为HAGE 175C，切片软件为Simplify 3D，高性能复合材料为“尼龙+连续碳纤维”复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：S3中所述高强度的连接件316L不锈钢材质连接件。
5.根据权利要求1所述的一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：S4中所述高强度的连杆等零部件为316L不锈钢材质零部件，S5中所述的固定机座为垂直固定方式的固定机座。
6.根据权利要求1所述的一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：S6中所述的一定角度为90°或者垂直安装固定。
7.根据权利要求1所述的一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：S7中所述的一定角度为90°或者垂直安装固定。
8.根据权利要求1所述的一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：S9中所述的夹角为66°。
9.根据权利要求1所述的一种四足机器人腿足实况模拟承载载荷测试方法，其特征在于：S10中所述的加载载荷模式为抗压强度测试模式，缓慢加载的载荷为0-500N，持续时间为0-25S；瞬间加载载荷为0-700N和0-1100N。
10.一种权利要求1-9任一项所述的测试方法得到四足机器人行走站立实况下力和位移的曲线以及腿足受力破坏情况。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210427 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |