CN212160018U - 一种腿足机器人用电机系统在线测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种腿足机器人用电机系统在线测试装置，包括控制组件、机架、水平滑轨运动模拟组件、机器人单腿总成以及地形模拟组件，所述机器人单腿总成包括基座、大腿杆和小腿杆，所述基座上设置有用于驱动所述大腿杆转动的待测大腿电机，所述大腿杆上设置有用于驱动所述小腿杆转动的待测小腿电机，所述待测大腿电机和所述待测小腿电机上都安装有电机编码器和电机驱动器，所述电机驱动器上集成有相电流采集模块，所述待测大腿电机、所述待测小腿电机、各所述电机编码器以及各所述电机驱动器分别与所述控制组件电连接。本实用新型提供的测试装置，电机系统装配到机器人单腿上进行性能测试，真实再现电机系统真实的负载环境，测试准确性相对较高。

Description

一种腿足机器人用电机系统在线测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种电机测试装置，尤其是一种腿足机器人用电机系统在线测试装置。

背景技术

随着波士顿动力公司四足机器人SpotMini的成功发布，目前纯电机驱动系统已成为中小型腿足机器人的主流动力系统，用于腿足机器人的电机系统的性能直径影响腿足机器人的性能，因此需要对其进行严格测试。

针对腿足式机器人电机系统性能测试，传统的方式是在电机系统未安装到机器腿之前在电机性能测试平台完成的，如公开号为CN206855484U的中国实用新型专利公开的一种机器人用动力组件的测试装置，其包括至少一测试本体，所述测试本体包括底座、安装座、动力组件、负载机构、输出轴，其中所述安装座和所述负载机构均固定设置在所述底座上，所述动力组件设置在所述安装座上，并且所述动力组件与所述负载机构之间通过所述输出轴进行连接，所述输出轴、所述动力组件、所述负载机构三者的轴向方向一致，该装置可以测试机器人选定电机及减速器组件在工况负载条件下的性能，然而该装置的负载大小是根据虚拟仿真获得的负载数据来动态控制，且动力组件并不是装到机器人上进行测试，无法真实再现机器人动力组件的实际运行工况，这种测试方式无法真实模拟电机系统的真实负载环境，测试准确性相对较低。

有鉴于此，本申请人对上述问题进行了深入的研究，遂有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测试准确性相对较高的腿足机器人用电机系统在线测试装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种腿足机器人用电机系统在线测试装置，包括控制组件、机架、水平固定连接在所述机架上的水平滑轨、滑动连接在所述水平滑轨上的运动模拟组件、安装在所述运动模拟组件上的机器人单腿总成以及设置在所述水平滑轨下方的地形模拟组件，所述机器人单腿总成包括基座、转动连接在所述基座上的大腿杆和转动连接在所述大腿杆下端的小腿杆，所述基座上设置有用于驱动所述大腿杆转动的待测大腿电机，所述大腿杆上设置有用于驱动所述小腿杆转动的待测小腿电机，所述待测大腿电机和所述待测小腿电机上都安装有电机编码器和电机驱动器，所述电机驱动器上集成有相电流采集模块，所述待测大腿电机、所述待测小腿电机、各所述电机编码器以及各所述电机驱动器分别与所述控制组件电连接。

作为本实用新型的一种改进，所述电机编码器为磁编码器，所述磁编码器包括芯片和磁铁，所述磁铁安装在对应电机的转子轴上，所述芯片安装在对应电机的端盖轴承座上。

作为本实用新型的一种改进，所述运动模拟组件包括滑动连接在所述水平滑轨上的滑块和竖直固定连接在所述滑块上的竖直滑轨，所述基座滑动连接在所述竖直滑轨上。

作为本实用新型的一种改进，所述竖直滑轨固定连接在所述滑块的一端，所述滑块和所述竖直滑轨的夹角位置还固定连接有三角加强板，所述三角加强板上开设有穿孔。

作为本实用新型的一种改进，所述地形模拟组件包括上下坡模拟件、侧斜坡模拟件、台阶模拟件和/或平地模拟件。

作为本实用新型的一种改进，所述水平滑轨下方的地面上铺设有木板，所述地形模拟组件放置在所述木板上。

作为本实用新型的一种改进，所述待测小腿电机和所述小腿杆之间通过连杆组件连接。

作为本实用新型的一种改进，所述待测大腿电机和所述待测小腿电机分别位于所述大腿杆的两侧。

作为本实用新型的一种改进，所述控制组件包括分别与所述待测大腿电机、所述待测小腿电机、各所述电机编码器和各所述电机驱动器电连接的上位机以及通过开关整流器与所述上位机电连接的电源。

作为本实用新型的一种改进，所述机架包括底架和可拆卸连接在所述底架上方的顶架，所述水平滑轨设置在所述顶架上。

采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的测试装置克服现有技术中无法真实再现腿足式机器人电机系统真实负载环境的缺陷，电机系统装配到机器人单腿上进行性能测试，真实再现电机系统真实的负载环境，测试准确性相对较高。

2、适用于装配完成的腿足式机器人电机系统在不同非结构化地形工况下的负载实验，可一次性实现多种负载环境下的电机性能测试。

3、通过设置电流采集模块和电机编码器，可实时准确获得腿足式机器人电机系统在真实模拟工况下的转矩、转速、电流等动态性能参数

附图说明

图1为本实用新型腿足机器人用电机系统在线测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型的装置中运动模拟组件位置的结构示意图；

图3为本实用新型的装置中机器人单腿总成的分解结构示意图，图中省略部分零部件。

图中标示对应如下：

10-控制组件； 11-上位机；

12-开关整流器； 13-显示器；

14-键盘； 20-机架；

21-底架； 22-顶架；

23-支撑杆； 24-横杆；

25-连杆； 26-加固杆；

27-竖直杆； 30-水平滑轨；

40-运动模拟组件； 41-滑块；

42-竖直滑轨； 43-三角加强板；

44-穿孔； 50-机器人单腿总成；

51-基座； 52-大腿杆；

53-小腿杆； 54-待测大腿电机；

55-待测小腿电机； 56-电机编码器；

57-电机驱动器； 60-地形模拟组件；

61-上下坡模拟件； 62-侧斜坡模拟件；

63-台阶模拟件； 64-平地模拟件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1-图3所示，本实施例提供的一种腿足机器人用电机系统在线测试装置，包括控制组件10、机架20、水平固定连接在机架20上的水平滑轨30、滑动连接在水平滑轨30上的运动模拟组件40、安装在运动模拟组件40上的机器人单腿总成50以及设置在水平滑轨30下方的地形模拟组件60，其中，水平滑轨30有效为滚珠直线导轨。

控制组件10包括与机器人单腿总成50电连接的上位机11以及通过开关整流器12与上位机11电连接的电源(图中未示出)，当然，上位机11和开关整流器12都可从市场上直接购买获得，并非本实施例的重点，此处不再详述。此外，控制组件10还包括分别与上位机11通讯连接的显示器13和键盘14，以便进行人机交互。

机架20包括底架21和可拆卸连接在底架21上方的顶架22，其中，底架21和顶架22都采用铝型材搭建而成，水平滑轨30设置在顶架22上。具体的，底架21为具有四个侧壁的方形框架，方形框架的四个侧壁所围成的区域形成测试区域，优选的，为了提高方形框架的稳定性，方形框架的底部设置有多个相互平行布置且与方形框架的长度方向平行布置的支撑杆23；顶架22为龙门式框架，水平滑轨设置在龙门式框架的横梁上，龙门式框架的两个立柱的底部分别与底架21通过螺栓按常规的方式可拆卸连接，这样便于调整顶架22的水平位置，进而对水平滑轨30的水平位置进行调整，且由于底架21的存在，可极大降低龙门式框架的立柱的长度，提高龙门式框架的稳定性，进而提升测试准确性。为了进一步提升稳定性，优选的，龙门式框架的两立柱分别固定连接有横杆24，横杆24同时与龙门式框架的横梁和立柱垂直布置，且与方形框架的对应侧壁平行布置，两个横杆24的两端分别一对一连接有连杆25，即连杆25有两个，两个连杆25和两个横杆共同构成一个四边形结构，两个连杆25之间沿着连杆25的长度方向等间距设置有多个相互平行布置的加固杆26，各加固杆26和龙门式框架的横梁之间都固定连接有竖直布置的竖直杆27，这样可以有效避免横梁弯曲，却不会占用测试区域。

运动模拟组件40包括滑动连接在水平滑轨30上的滑块41和竖直固定连接在滑块41上的竖直滑轨42，其中，竖直滑轨42固定连接在滑块41的一端，为了降低滑块41与竖直滑轨42连接一端的受力，优选的，滑块41和竖直滑轨42之间所形成的夹角位置还固定连接有三角加强板43，三角加强板43呈等腰直角三角形结构，其两个直角边对应的侧壁分别与滑块41的上端面和竖直滑轨42的侧面固定连接，此外，三角加强板43的中心位置上开设有穿孔44，以避免应力集中。

优选的，在本实施例中，水平滑轨30有两个，滑块41同时滑动连接在两个水平滑轨30上，这样能够对滑块41形成更好的支撑，避免滑块41由于单边受力而脱轨。

机器人单腿总成50包括基座51、转动连接在基座51上的大腿杆52和转动连接在大腿杆下端的小腿杆53，其中，基座51滑动连接在竖直滑轨42上，这样可使得机器人单腿总成50可在水平和竖直两个方向上自由移动。基座51上设置有用于驱动大腿杆52转动的待测大腿电机54，大腿杆52上设置有用于驱动小腿杆53转动的待测小腿电机55，具体的，待测大腿电机54和待测小腿电机55分别位于大腿杆52的两侧，其中，待测大腿电机54的机壳可拆卸固定连接在基座51上，大腿杆52通过与待测大腿电机54的连接间接与基座51转动连接，待测小腿电机55和小腿杆53之间通过连杆组件(图中未示出)连接，需要说明的是，待测大腿电机54和基座51之间的具体的连接结构与常规的腿足机器人的大腿电机和身体部分的连接结构相同，待测小腿电机55和小腿杆53之间的具体传动连接结构也与常规的腿足机器人相同，这些并非本实施例的重点，此处不再详述。使用时，待测大腿电机54驱动大腿杆52带动小腿杆53、待测小腿电机55一起转动，待测小腿电机55驱动小腿杆53转动。

待测大腿电机54和待测小腿电机55上都安装有电机编码器56和电机驱动器57，各电机驱动器57上都集成有相电流采集模块，该集成有相电流采集模块的电机驱动器57可以从市场上直接购买获得，这样便于对待测大腿电机54和待测小腿电机55的电流进行实时检测，然后通过将检测获得的电流乘以转矩系数即可得到对应电机的转矩，进而实现实时获取待测大腿电机54和待测小腿电机55的输出扭矩，同时还可以通过预装于上位机上的软件(该软件根据实际功能需求按常规的方式编写或在常规的软件上根据实际功能需求进行设置获得)实现对电机转速和转子位置的实时检测。优选的，在本实施例中，电机编码器57为磁编码器，该磁编码器包括芯片和磁铁，其中，磁铁安装在对应电机的转子轴上，芯片安装在对应电机的端盖轴承座上。此外，小腿杆53的足端还设置有力传感器(图中未示出)，力传感器、待测大腿电机54、待测小腿电机55、各电机编码器56以及各电机驱动器57分别与控制组件10的上位机11电连接，以便通过上位机11对各元件进行控制和供电。

地形模拟组件60包括上下坡模拟件61、侧斜坡模拟件62、台阶模拟件63和/或平地模拟件64，其中平地模拟件64还可以分为草地、泥底等类型。在本实施例中，地形模拟组件60包括上下坡模拟件61、侧斜坡模拟件62、台阶模拟件63和平地模拟件64，各模拟件沿着直线滑轨30的长度方向呈直线依次布置，这样可以一次性实现多种室内非结构化地形工况下的电机性能测试。优选的，水平滑轨30下方的地面上铺设有木板，地形模拟组件60放置在木板上。

测试前，首先将待测大腿电机54和待测小腿电机55装入机器人单腿总成50，并保证机器人单腿总成50的小腿杆53的足端不触地。测试时，打开开关整流器12，使得上位机11通电并通过上位机11位各电子元件供电，从而启动整个测试装置；然后，通过上位机11控制各电机驱动器57运动，进而控制机器人单腿总成50非结构化地形模拟物上运动，在这个过程中，两个磁编码器分别测量待测大腿电机54、待测小腿电机55的转动角度，各电机驱动器57上的电流采集模块测量对应电机的相电流，力传感器测量机器人单腿总成50与地面间作用力，这样可利用力传感器所测到的机器人单腿总成50与地面间作用力信号对机器人单腿总成50进行力闭环控制，实现单腿的前进、后退、跳跃等动作。磁编码器、电流采集模块测量信号输送给上位机11，上位机11对输入信号进行分析处理，从而获得电机系统在真实负载环境下的电流、转矩、转速等动态性能参数。

上面结合附图对本实用新型做了详细的说明，但是本实用新型的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本实用新型做出各种变形，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，包括控制组件、机架、水平固定连接在所述机架上的水平滑轨、滑动连接在所述水平滑轨上的运动模拟组件、安装在所述运动模拟组件上的机器人单腿总成以及设置在所述水平滑轨下方的地形模拟组件，所述机器人单腿总成包括基座、转动连接在所述基座上的大腿杆和转动连接在所述大腿杆下端的小腿杆，所述基座上设置有用于驱动所述大腿杆转动的待测大腿电机，所述大腿杆上设置有用于驱动所述小腿杆转动的待测小腿电机，所述待测大腿电机和所述待测小腿电机上都安装有电机编码器和电机驱动器，所述电机驱动器上集成有相电流采集模块，所述待测大腿电机、所述待测小腿电机、各所述电机编码器以及各所述电机驱动器分别与所述控制组件电连接。

2.如权利要求1所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述电机编码器为磁编码器，所述磁编码器包括芯片和磁铁，所述磁铁安装在对应电机的转子轴上，所述芯片安装在对应电机的端盖轴承座上。

3.如权利要求1所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述运动模拟组件包括滑动连接在所述水平滑轨上的滑块和竖直固定连接在所述滑块上的竖直滑轨，所述基座滑动连接在所述竖直滑轨上。

4.如权利要求3所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述竖直滑轨固定连接在所述滑块的一端，所述滑块和所述竖直滑轨的夹角位置还固定连接有三角加强板，所述三角加强板上开设有穿孔。

5.如权利要求1所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述地形模拟组件包括上下坡模拟件、侧斜坡模拟件、台阶模拟件和/或平地模拟件。

6.如权利要求5所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述水平滑轨下方的地面上铺设有木板，所述地形模拟组件放置在所述木板上。

7.如权利要求1所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述待测小腿电机和所述小腿杆之间通过连杆组件连接。

8.如权利要求1所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述待测大腿电机和所述待测小腿电机分别位于所述大腿杆的两侧。

9.如权利要求1所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述控制组件包括分别与所述待测大腿电机、所述待测小腿电机、各所述电机编码器和各所述电机驱动器电连接的上位机以及通过开关整流器与所述上位机电连接的电源。

10.如权利要求1-9中任一权利要求所述的腿足机器人用电机系统在线测试装置，其特征在于，所述机架包括底架和可拆卸连接在所述底架上方的顶架，所述水平滑轨设置在所述顶架上。

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