專利名稱：機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人關(guān)鍵單元的測試設(shè)備，尤其涉及ー種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺及方法。
背景技術(shù)：
腿足機器人是ー個串并聯(lián)-多支鏈的非線性系統(tǒng)，其參數(shù)強時變。在動態(tài)步行吋，機器人靜不穩(wěn)定，獲取的地形信息存在不確定性。在動步態(tài)快速運動、地形變化和受到外界沖擊時極易失穩(wěn)。如何實現(xiàn)機器人在上述情況下的姿態(tài)穩(wěn)定是四足仿生機器人研制的成敗點。針對機器人-地面交互作用的瞬間性和用于交互作用研究的計算機視覺信息的不確定性特點，結(jié)合機器人對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性要求，本發(fā)明首次提出一種機器人單腿總成控制
開發(fā)性能測試平臺，該測試平臺適用于四足或多足液壓驅(qū)動機器人仿生步態(tài)生成中單腿運動與快速步態(tài)控制，以及機器人載荷分配、控制カ分配、單腿カ反饋控制、“離散步態(tài)+連續(xù)カ控制”姿態(tài)穩(wěn)定控制等多項控制策略的開發(fā)與研究。中國專利文獻CN102556197A公開了 “ー種多足歩行機器人單腿實驗平臺”，該單腿實驗平臺由單腿實驗平臺機械本體和單腿實驗平臺控制系統(tǒng)組成。單腿實驗平臺機械本體包括單腿實驗平臺框架、歩行機器人單腿和實驗平臺高度調(diào)節(jié)裝置。單腿實驗平臺框架由固定支架、滑動臺和傳感器安裝板組組成。實驗平臺高度手動調(diào)節(jié)。兩個高度傳感器和一個水平位移傳感器安裝在實驗平臺框架上，測量機器人腿和實驗平臺框架的相對位置。力傳感器安裝在機器人小腿上，用于測量歩行機器人單腿與地面之間的作用力。編碼器測量機器人腿各個關(guān)節(jié)伺服電機的轉(zhuǎn)動角度。該單腿實驗平臺可以獲得實驗平臺的高度、歩行機器人單腿在行進過程中臀部的高度變化曲線、歩行機器人單腿的運動速度?？梢垣@得機器人單腿與地面之間的作用力，由于機器人各關(guān)節(jié)伺服電機輸出力沒有對應(yīng)傳感器測量，所以該實驗平臺只能實現(xiàn)機器人位置控制策略的研究，以及基于足底力反饋的以位置控制系統(tǒng)作基礎(chǔ)的阻抗控制的調(diào)試研究。該實驗平臺不能實現(xiàn)對地形的模擬，不能用于研究機器人載荷分配、控制カ分配、“離散步態(tài)+連續(xù)カ控制”姿態(tài)穩(wěn)定控制等多項控制策略的開發(fā)與研究。中國專利文獻CN202188963U公開了“一種足式機器人行走能力試驗裝置”使用時，通過控制各個電機的轉(zhuǎn)動，支撐架可以同時做出俯仰偏轉(zhuǎn)和橫滾偏轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動機構(gòu)固定在支撐架之上，也能夠做出俯仰偏轉(zhuǎn)和橫滾偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對全地形的模擬。該足式機器人行走能カ試驗裝置僅僅適用于機器人整機試驗的地形模擬。不能直接刻畫機器人與地面的交互，也不能用于機器人單腿測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，針對機器人-地面交互作用的瞬間性和用于交互作用研究的計算機視覺信息的不確定性特點，結(jié)合機器人對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性要求，提供一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺及方法，該測試平臺適用于四足或多足液壓驅(qū)動機器人仿生步態(tài)生成中單腿運動與快速步態(tài)控制，以及機器人載荷分配、控制力分配、單腿カ反饋控制、“離散步態(tài)+連續(xù)カ控制”姿態(tài)穩(wěn)定控制等多項控制策略的開發(fā)與研究。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺，包括一個門式三坐標機械臂總成、一個機器人腿連接支架、ー個Stewart平臺、一個六維カ傳感器、一個五維測カ平臺；所述門式三坐標機械臂總成包含門式支撐架立柱、門式支撐架橫梁、門式支撐架第一底座、門式支撐架第二底座、門式支撐架第一支耳、門式支撐架第二支耳，所述門式三坐標機械臂總成設(shè)置在X軸方向直線導(dǎo)軌上，所述機器人腿連接 支架設(shè)置在門式三坐標機械臂總成的門式支撐架橫梁上，所述Stewart平臺倒置安裝在機器人腿支架的底座上，所述六維力傳感器安裝在Stewart平臺下表面與機器人單腿總成之間，機器人單腿總成下方為中心的地面上安裝五維測カ平臺。所述Stewart平臺內(nèi)部集成伺服控制器、位移傳感器；所述Stewart平臺能夠提供空間六自由度運動，所述機器人腿連接支架通過機器人腿連接支架固定在門式三坐標機械臂總成的Z軸方向移動支撐架總成上。所述門式三坐標機械臂總成包括ー個X軸方向移動支撐架總成，ー個Y軸方向移動支撐架總成，ー個Z軸方向移動支撐架總成,第一伺服電機，第二伺服電機，第三伺服電機，第四伺服電機，所述第一、第二、第三、第四伺服電機都是自帶連接法蘭盤、內(nèi)部集成編碼器；第一伺服電機固定在與門式支撐架第二底座相連接的門式支撐架第二支耳上，第四伺服電機固定在與門式支撐架第一底座相連接的門式支撐架第一支耳上，門式支撐架第一底座固定在兩個X軸方向移動滑塊上，第二底座固定在另外兩個X軸方向移動滑塊上。每個底座與對應(yīng)的兩個滑塊通過螺釘連接。所述X軸方向移動支撐架總成包括兩個X軸方向移動支撐架底座，兩個X軸方向直線導(dǎo)軌，四個X軸方向移動滑塊，兩個直齒齒輪，兩根直齒齒條；所述X軸方向移動支撐架總成的兩個X軸方向移動支撐架底座平行，分別固定在地面上，兩根X軸方向直線導(dǎo)軌分別固定在兩個X軸方向移動支撐架底座上，每根X軸方向直線導(dǎo)軌上有兩個與之配合的X軸方向移動滑塊，兩根直齒齒條分別與兩根X軸方向直線導(dǎo)軌平行，也固定在X軸方向移動支撐架底座上，與齒條嚙合的直齒齒輪分別與第一伺服電機和第四伺服電機相連。所述Y軸方向移動支撐架總成包括門式支撐架第一底座，門式支撐架第一底座上設(shè)置用于支撐第一伺服電機的門式支撐架第一支耳，門式支撐架第二底座，門式支撐架第ニ底座上設(shè)置用于支撐第四伺服電機的門式支撐架第二支耳，兩個門式支撐架立柱，兩個門式支撐架橫梁，ー個Y軸方向移動聯(lián)軸器，ー個Y軸方向移動絲杠，四個Y軸方向移動滑塊，兩個X軸方向直線導(dǎo)軌；所述兩根Y軸方向直線導(dǎo)軌分別固定在兩根門式支撐架橫梁上，每根直線導(dǎo)軌上有兩個與之配合的Y軸方向移動滑塊；第二伺服電機通過法蘭盤安裝在門式支撐架立柱上。Y軸方向移動絲杠與第二伺服電機通過Y軸方向移動聯(lián)軸器連接，穿過固定在Z軸方向移動支撐架底座上的Y軸方向絲杠對應(yīng)的螺母。所述Z軸方向移動支撐架總成包括，ー個Z軸方向移動支撐架底座，兩個Z軸方向直線導(dǎo)軌，四個Z軸方向移動滑塊，ー個第三伺服電機支撐架，ー個Z軸方向移動聯(lián)軸器，一個Z軸方向絲杠，ー個Y軸方向絲杠對應(yīng)的螺母；所述Z軸方向移動支撐架底座與四個Y軸方向上移動滑塊通過螺釘連接；兩根Z軸方向直線導(dǎo)軌固定在Z軸方向移動支撐架底座上，每根Z軸方向直線導(dǎo)軌上有兩個Z軸方向移動滑塊；第三伺服電機通過法蘭盤固定在第三伺服電機支撐架上；z_方向移動絲杠與第三伺服電機通過Z軸方向移動聯(lián)軸器連接，穿過固定在機器人腿支架側(cè)面支撐板的Z軸方向絲杠對應(yīng)的螺母。機器人腿連接支架側(cè)面支撐板固定在四個Z軸方向移動滑塊上。所述機器人腿連接支架包括，一個機器人腿連接支架底座，一個機器人腿連接支架側(cè)面支撐板，ー個Z軸方向絲杠對應(yīng)的螺母；所述機器人腿連接支架底座與機器人腿連接支架側(cè)面支撐板垂直。所述機器人單腿總成包括，一個機器人腿連接架、一個機器人單腿的臀部、ー個機器人大腿、一個機器人小腿、ー個臀部液壓伺服驅(qū)動器、ー個大腿液壓伺服驅(qū)動器、ー個小腿液壓伺服驅(qū)動器；所述機器人單腿連接架與機器人單腿的臀部之間通過臀部液壓伺服驅(qū)動器連接，所述機器人單腿的臀部與機器人大腿之間通過大腿液壓伺服驅(qū)動器連接，所述機器人大腿和機器人小腿之間通過小腿液壓伺服驅(qū)動器連接。 所述液壓伺服驅(qū)動器包括，ー個活塞桿、ー個カ傳感器、一個線位移傳感器，ー個電液伺服閥，ー個液壓缸；所述線位移傳感器上設(shè)置液壓缸，液壓缸上設(shè)置電液伺服閥，液壓缸和カ傳感器之間通過活塞桿連接。所述機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺所采用的測試方法是門式三坐標機械臂總成第一伺服電機和第四伺服電機的輸出軸分別驅(qū)動與其相連的直齒齒輪與固定在X軸方向移動支撐架底座上直齒齒條嚙合傳動，其中，第一伺服電機和第四伺服電機同步，伺服電機編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人單腿總成，X軸方向運動閉環(huán)控制。當?shù)谝凰欧姍C與第四伺服電機不同步時，門式支撐架橫梁受剪切力，實驗平臺受カ不合理。第二伺服電機輸出軸帶動Y軸方向移動聯(lián)軸器、Y軸方向絲杠轉(zhuǎn)動，與Y軸方向絲杠對應(yīng)的螺母帶動Z軸方向移動支撐架總成、機器人腿連接支架、Stewart平臺、六維カ傳感器、機器單人腿總成，沿著Y軸方向移動。第二伺服電機編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人腿總成Y軸方向運動閉環(huán)控制。第三伺服電機輸出軸帶動Z軸方向移動聯(lián)軸器、Z軸方向絲杠轉(zhuǎn)動,與Z軸方向絲杠對應(yīng)的螺母帶動機器人腿連接架、Stewart平臺、六維カ傳感器、機器單人腿總成，沿著Z軸方向移動。第三伺服電機編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人腿總成，Z軸方向運動閉環(huán)控制。門式三坐標機械臂總成的運動模擬多足機器人軀干的運動，多足機器人軀干的運動信息間接反饋了地面信息，軀干的運動信息經(jīng)由Stewart平臺、六維カ傳感器傳遞給機器人腿總成。Stewart平臺模擬機器人軀干分配給機器人單腿總成的位姿信息，經(jīng)由六維カ傳感器傳遞給機器人腿總成，機器人腿各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動器按照預(yù)先設(shè)置的控制策略運動，Stewart平臺位移傳感器測量信息、機器人腿各伺服驅(qū)動器位移傳感器測量信息與五維測力平臺測量信息反饋給伺服控制系統(tǒng)，進行基于位置的阻抗控制，或者H)控制策略的調(diào)試研究。Stewart平臺模擬機器人軀干分配給機器人單腿總成的力及姿態(tài)信息，經(jīng)由六維力傳感器傳遞給機器人單腿總成，機器人腿各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動器按照預(yù)先設(shè)置的控制策略運動，六維カ傳感器測量信息、機器人腿各伺服驅(qū)動器力傳感器測量信息與五維測カ平臺測量信息反饋給伺服控制系統(tǒng)，進行基于模型的カ控制?；蛘呓Y(jié)合Stewart平臺位移傳感器測量信息，伺服驅(qū)動器位移傳感器測量信息，進行カ位混合控制的研究。本發(fā)明的優(yōu)點( I)本發(fā)明提出的機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺利用四個伺服電機驅(qū)動門式三坐標機械臂運動，模擬機器人軀干的運動，并將該運動信息傳遞給機器人腿總成。(2)本發(fā)明提出的機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺不直接構(gòu)建地面，但是通過軀干位姿的控制，將地面信息融入到了機器人單腿總成的控制中。(3)按照不同的試驗?zāi)康脑O(shè)計控制策略，實現(xiàn)四足或多足機器人仿生步態(tài)生成中單腿運動與快速步態(tài)控制試驗，以及機器人載荷分配、控制カ分配、單腿カ反饋控制、“離散步態(tài)+連續(xù)カ控制”姿態(tài)穩(wěn)定控制等試驗。為機器人仿生步態(tài)規(guī)劃、動態(tài)控制、液壓腿足式機器人運動學和力學性能評價方法的研究提供試驗手段。


圖I為機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺示意圖；圖2為門式三坐標機械臂總成示意圖；圖3為門式三坐標機械臂X軸方向移動支撐架總成示意圖；圖4為門式三坐標機械臂Y軸方向移動支撐架總成示意圖；圖5為門式三坐標機械臂Z軸方向移動支撐架總成示意圖；圖6為機器人腿支撐架示意圖；圖7為機器人單腿總成示意圖；圖8為本發(fā)明機器人單腿總成液壓伺服油缸示意圖。圖中1.門式三坐標機械臂總成，2.機器人腿連接支架,3. Stewart平臺，4.六維カ傳感器，5.機器人單腿總成，6.五維測カ平臺，7.X軸方向移動支撐架總成，8.第一伺服電機，9.第二伺服電機,10.第三伺服電機,11. Z軸方向移動支撐架總成，12. Y軸方向移動支撐架總成，13.第四伺服電機，14. X軸方向移動支撐架底座，15. X軸方向直線導(dǎo)軌，16. X軸方向移動滑塊，17.直齒齒輪，18.直齒齒條，19.門式支撐架第一支耳，20.門式支撐架第一底座，21.門式支撐架第二底座，22.門式支撐架第二支耳，23.門式支撐架立柱，24. Y軸方向移動聯(lián)軸器，25. Y向移動絲杠，26. Y軸方向移動滑塊，27.門式支撐架橫梁，28. Y軸方向直線導(dǎo)軌，29. Z軸方向直線導(dǎo)軌，30. Z軸方向移動滑塊，31.第三伺服電機支撐架，32. Z軸方向移動聯(lián)軸器，33. Z軸方向移動絲杠，34. Y軸方向絲杠對應(yīng)的螺母，35. Z軸方向移動支撐架底座，36.機器人腿連接支架底座，37.機器人腿連接支架側(cè)面支撐板，38. Z軸方向絲杠對應(yīng)的螺母39.小腿液壓伺服驅(qū)動器，40.大腿液壓伺服驅(qū)動器，41.臀部液壓伺服驅(qū)動器，42.機器人單腿連接架，43.機器人單腿的臀部，44.機器人大腿，45.機器人小腿，46.カ傳感器,47.活塞桿,48.線位移傳感器,49.電液伺服閥。50.液壓缸。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進ー步說明。一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺包括，一個門式三坐標機械臂總成I、一個機器人腿連接支架2、ー個Stewart平臺3 (內(nèi)部集成伺服驅(qū)動器，位移傳感器)、ー個六維カ傳感器4、一個機器人單腿總成5、一個五維測カ平臺6。所述門式三坐標機械臂總成I包括，ー個X軸方向移動支撐架總成7，ー個Y軸方向移動支撐架總成12, —個Z軸方向移動支撐架總成11，第一伺服電機8 (自帶連接法蘭盤，內(nèi)部集成編碼器)，第二伺服電機9 (自帶連接法蘭盤，內(nèi)部集成編碼器)，第三伺服電機10 (自帶連接法蘭盤，內(nèi)部集成編碼器)，第四伺服電機13 (自帶連接法蘭盤，內(nèi)部集成編碼器)。所述X軸方向移動支撐架總成7包括，兩個X軸方向移動支撐架底座14，兩個X軸方向直線導(dǎo)軌15，四個X軸方向移動滑塊16，兩個直齒齒輪17，兩根直齒齒條18。所述Y軸方向移動支撐架總成12包括，門式支撐架第一底座20，門式支撐架第一底座20上設(shè)置門式支撐架第一支耳19，門式支撐架第二底座21，門式支撐架第二底座21上設(shè)置門式支撐架第二支耳22，門式支撐架兩個立柱23，兩個門式支撐架橫梁27，ー個Y軸方向移動聯(lián)軸器24，ー個Y軸方向絲杠25，四個Y軸方向移動滑塊26，兩個Y軸方向直線導(dǎo) 軌28。所述Z軸方向移動支撐架總成11包括，ー個Z軸方向移動支撐架底座35，兩個Z軸方向直線導(dǎo)軌29，四個Z軸方向移動滑塊30，ー個第三伺服電機支撐架31，ー個Z軸方向移動聯(lián)軸器32，ー個Z軸方向移動絲杠33，ー個Y軸方向絲杠對應(yīng)的螺母34。所述機器人腿連接支架2包括，一個機器人腿連接支架底座36，一個機器人腿連接支架側(cè)面支撐板37，ー個Z軸方向絲杠對應(yīng)的螺母38。所述機器人單腿總成5包括，一個機器人腿單腿連接架42、ー個機器人單腿的臀部43、一個機器人大腿44、一個機器人小腿45、ー個臀部液壓伺服驅(qū)動器41、ー個大腿液壓伺服驅(qū)動器40、一個小腿液壓伺服驅(qū)動器39。所述液壓伺服驅(qū)動器包括，ー個活塞桿47、ー個カ傳感器46、一個線位移傳感器
48,一個電液伺服閥49, 一個液壓缸50。門式三坐標機械臂I的兩個X軸方向移動支撐架底座14平行，分別固定在地面上，兩根X軸方向直線導(dǎo)軌15分別固定在兩個X軸方向移動支撐架底座14上。每根X軸方向直線導(dǎo)軌15上有兩個與之配合的X軸方向移動滑塊16。兩根直齒齒條18分別與兩根X軸方向直線導(dǎo)軌15平行，也固定在X軸方向移動支撐架底座14上。與直齒齒條18嚙合的直齒齒輪17分別與第一伺服電機8和第四伺服電機13相連,第一伺服電機8固定在門式支撐架第二支耳22上，第四伺服電機13固定在門式支撐架第一支耳19上，門式三坐標機械臂總成I的X軸方向移動支撐架底座20固定在兩個X軸方向移動滑塊16上，門式支撐架第二底座21固定在X軸方向移動的另外兩個X軸方向移動滑塊16上。每個門式支撐架底座與對應(yīng)的兩個移動滑塊通過螺釘連接。Y軸方向的兩根直線導(dǎo)軌28分別固定在兩根門式支撐架橫梁27上。每根Y軸方向直線導(dǎo)軌28上有兩個與之配合的Y軸方向移動滑塊26。第二伺服電機9通過法蘭盤安裝在門式支撐架立柱23上。Y軸方向移動絲杠25與第二伺服電機9通過Y軸方向移動聯(lián)軸器24連接，穿過固定在Z軸方向移動支撐架底座35上的Y軸方向絲杠對應(yīng)的螺母34。Z軸方向移動支撐架底座35與四個Z軸方向移動滑塊30通過螺釘連接。兩根Z軸方向直線導(dǎo)軌29固定在Z軸方向移動支撐架底座35上，每根Z軸方向直線導(dǎo)軌29上有兩個Z軸方向移動滑塊30。第三伺服電機10通過法蘭盤固定在第三伺服電機支撐架31上。Z軸方向移動絲杠33與第三伺服電機10通過Z軸方向移動聯(lián)軸器32連接，穿過固定在機器人腿連接支架側(cè)面支撐板37的Z軸方向絲杠對應(yīng)的螺母38。機器人腿連接支架側(cè)面支撐板37固定在四個Z軸方向移動滑塊30上。能夠提供空間六自由度運動的Stewart平臺3倒置安裝在機器人腿支架底座36上。六維カ傳感器4安裝在Stewart平臺3上表面與機器人單腿連接架42之間。機器人單腿總成5下方為中心的地面上安裝五維測カ平臺6。機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺工作吋，門式三坐標機械臂總成I第一伺服電機8和第四伺服電機13驅(qū)輸出軸分別驅(qū)動與其相連的直齒齒輪17與固定在X軸方向移動支撐架底座14上直齒齒條18哨合傳動,其中，第一伺服電機8和第四伺服電機13同歩，伺服電機編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人單腿總成5的X軸方向運動閉環(huán)控制。 當?shù)谝凰欧姍C8與第四伺服電機13不同步時，門式支撐架橫梁27受剪切力，實驗平臺受カ不合理。第二伺服電機9輸出軸帶動Y軸方向移動聯(lián)軸器24、Y軸方向移動絲杠25，與Y軸方向絲杠對應(yīng)的螺母34帶動Z軸方向移動支撐架總成11、機器人腿連接支架
2、Stewart平臺3、六維カ傳感器4、機器單人腿總成5，沿著Y軸方向移動。第二伺服電機編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人腿總成Y軸方向運動閉環(huán)控制。第三伺服電機10輸出軸帶動Z軸方向移動聯(lián)軸器32、Z軸方向移動絲杠33轉(zhuǎn)動，與Z軸方向移動絲杠33配合的Z軸方向絲杠對應(yīng)的螺母38帶動機器人腿連接支架2、Stewart平臺3、六維カ傳感器4、機器單人腿總成5沿著Z軸方向移動。第三伺服電機10的編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人腿總成5的Z軸方向運動閉環(huán)控制。門式三坐標機械臂總成I的運動模擬多足機器人軀干的運動，多足機器人軀干的運動信息間接反饋了地面信息，軀干的運動信息經(jīng)由Stewart平臺3、六維カ傳感器4傳遞給機器人單腿總成5。Stewart平臺3模擬機器人軀干分配給機器人單腿總成5的位姿信息，經(jīng)由六維カ傳感器4傳遞給機器人腿總成5，機器人腿各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動器按照預(yù)先設(shè)置的控制策略運動，Stewart平臺3位移傳感器測量信息、機器人腿各伺服驅(qū)動器的線位移傳感器48測量信息與五維測カ平臺6測量信息反饋給伺服控制系統(tǒng)，進行基于位置的阻抗控制，或者H)控制策略的調(diào)試研究。Stewart平臺3模擬機器人軀干分配給機器人單腿總成5的力及姿態(tài)信息，經(jīng)由六維カ傳感器4傳遞給機器人腿總成5，機器人腿各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動器按照預(yù)先設(shè)置的控制策略運動，六維カ傳感器測量信息4、機器人腿各伺服驅(qū)動器力傳感器46測量信息與五維測力平臺6測量信息反饋給伺服控制系統(tǒng)，進行基于模型的カ控制?；蛘呓Y(jié)合Stewart平臺3位移傳感器測量信息，伺服驅(qū)動器位移傳感器48測量信息，進行カ位混合控制的研究。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺，其特征是，包括一個門式三坐標機械臂總成、一個機器人腿連接支架、一個Stewart平臺、一個六維力傳感器、一個五維測力平臺；所述機器人腿連接支架滑動設(shè)置在門式三坐標機械臂總成上，所述Stewart平臺倒置安裝在機器人腿連接支架的底座下表面上，所述六維力傳感器安裝在Stewart平臺下表面上，與六維力傳感器相對應(yīng)的地面上安裝有五維測力平臺。
2.如權(quán)利要求I所述的一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺，其特征是，所述Stewart平臺內(nèi)部集成伺服控制器、位移傳感器；所述Stewart平臺能夠提供空間六自由度運動；所述門式三坐標機械臂總成包括兩個門式支撐架立柱，兩個門式支撐架立柱上部通過門式支撐架橫梁相連，兩門式支撐架立柱下端分別設(shè)置有門式支撐架第一第二底座，門式支撐架的第一、第二底座上分別設(shè)置有門式支撐架第一、第二支耳。
3.如權(quán)利要求2所述的一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺，其特征是，所述門式三坐標機械臂總成還包括兩個X軸方向移動支撐架總成,一個Y軸方向移動支撐架總成，一個Z軸方向移動支撐架總成，所述兩個門式支撐架第一、第二底座分別滑動設(shè)置于兩個X軸方向移動支撐架總成上，所述Y軸方向移動支撐架總成設(shè)置于門式支撐架橫梁上，所述Z軸方向移動支撐架總成滑動設(shè)置于Y軸方向移動支撐架總成上；所述機器人腿連接支架滑動設(shè)置于的Z軸方向移動支撐架總成上。
4.如權(quán)利要求3所述的一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺，其特征是，所述每個X軸方向移動支撐架總成均包括一個X軸方向移動支撐架底座，一個X軸方向直線導(dǎo)軌，兩個X軸方向移動滑塊，一個直齒齒輪，一根直齒齒條；所述兩個X軸方向移動支撐架底座平行設(shè)置，分別固定在地面上，X軸方向直線導(dǎo)軌固定在X軸方向移動支撐架底座上，每根X軸方向直線導(dǎo)軌上有兩個與之配合的X軸方向移動滑塊，每兩個X軸方向移動滑塊分別對應(yīng)固定安裝于門式支撐架第一、第二底座上；直齒齒條與X軸方向直線導(dǎo)軌平行，也固定在X軸方向移動支撐架底座上，與齒條哨合的直齒齒輪分別與第一伺服電機和第四伺服電機相連；第一伺服電機和第四伺服電機分別設(shè)置于門式支撐架第一第二支耳上。
5.如權(quán)利要求3所述的一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺，其特征是，所述Y軸方向移動支撐架總成包括設(shè)置于個門式支撐架橫梁上的一個Y軸方向移動絲杠和兩個Y軸方向直線導(dǎo)軌，一個Y軸方向移動聯(lián)軸器，四個Y軸方向移動滑塊，兩個Y軸方向直線導(dǎo)軌；所述門式支撐架橫梁成口字型，Y軸方向移動絲杠位于門式支撐架橫梁的中心空腔內(nèi)，兩個Y軸方向直線導(dǎo)軌分別平行設(shè)置于門式支撐架橫梁的上下側(cè)邊上；每根直線導(dǎo)軌上有兩個與之配合的Y軸方向移動滑塊，Y軸方向移動滑塊固定安裝于Z軸方向移動支撐架上；第二伺服電機通過法蘭盤安裝在門式支撐架立柱上；γ軸方向移動絲杠與第二伺服電機通過Y軸方向移動聯(lián)軸器連接，Z軸方向移動支撐架通過其底部的螺母旋于Y軸方向移動絲杠上。
6.如權(quán)利要求3所述的一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺，其特征是，所述Z軸方向移動支撐架總成包括一個Z軸方向移動支撐架底座，兩個Z軸方向直線導(dǎo)軌，四個Z軸方向移動滑塊，一個第三伺服電機支撐架，一個Z軸方向移動聯(lián)軸器,一個Z軸方向移動絲杠；所述Z軸方向移動支撐架底座與四個Y軸方向移動滑塊通過螺釘連接；兩根Z軸方向直線導(dǎo)軌固定在Z軸方向移動支撐架底座上，每根Z軸方向直線導(dǎo)軌上有兩個Z軸方向移動滑塊，Z軸方向移動滑塊固定安裝于機器人腿連接支架上；第三伺服電機通過法蘭盤固定在第三伺服電機支撐架上，第三伺服電機支撐架固定于Z軸方向移動支撐架底座上3軸方向移動絲杠與第三伺服電機通過Z軸方向移動聯(lián)軸器連接，機器人腿連接支架通過其底部設(shè)置的螺母旋于Z軸方向移動絲杠上。
7.如權(quán)利要求6所述的一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺，其特征是，所述機器人腿連接支架包括一個機器人腿連接支架底座，一個機器人腿連接支架側(cè)面支撐板；所述機器人腿連接支架底座與機器人腿連接支架側(cè)面支撐板垂直連接；所述機器人腿連接支架側(cè)面支撐板背面上設(shè)有一個能夠旋于Z軸方向移動絲杠上的螺母，以及能夠沿Z軸方向直線導(dǎo)軌移動的Z軸方向移動滑塊。
8.如權(quán)利要求I所述的一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺所采用的測試方法，其特征是，機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺工作時，門式三坐標機械臂總成第一伺服電機和第四伺服電機的輸出軸分別驅(qū)動與其相連的直齒齒輪與固定在X軸方向移動支撐架底座上直齒齒條嚙合傳動，其中，第一伺服電機和第四伺服電機同步，第一、第二、第三、第四伺服電機都是自帶連接法蘭盤、內(nèi)部集成編碼器；所述伺服電機的編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人單腿總成X軸方向運動閉環(huán)控制； 當?shù)谝凰欧姍C與第四伺服電機不同步時，門式支撐架橫梁受剪切力，實驗平臺受力不合理；第二伺服電機輸出軸帶動Y軸方向移動聯(lián)軸器、Y軸方向移動絲杠轉(zhuǎn)動，與Y軸方向絲杠對應(yīng)的螺母帶動Z軸方向移動支撐架總成、機器人腿連接支架、Stewart平臺、六維力傳感器、機器單人腿總成，沿著Y軸方向移動；第二伺服電機編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人腿總成Y軸方向運動閉環(huán)控制； 第三伺服電機輸出軸帶動Z軸方向移動聯(lián)軸器、Z軸方向移動絲杠轉(zhuǎn)動,與Z軸方向絲杠對應(yīng)的螺母帶動機器人腿連接架、Stewart平臺、六維力傳感器、機器單人腿總成，沿著Z軸方向移動；第三伺服電機編碼器測量信息傳遞給伺服控制器，形成機器人腿總成，Z軸方向運動閉環(huán)控制； 門式三坐標機械臂總成的運動模擬多足機器人軀干的運動，多足機器人軀干的運動信息間接反饋了地面信息，軀干的運動信息經(jīng)由Stewart平臺、六維力傳感器傳遞給機器人腿總成。
9.如權(quán)利要求8所述的一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試方法，其特征是， Stewart平臺模擬機器人軀干分配給機器人單腿總成的位姿信息，經(jīng)由六維力傳感器傳遞給機器人腿總成，機器人腿各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動器按照預(yù)先設(shè)置的控制策略運動，Stewart平臺位移傳感器測量信息、機器人腿各伺服驅(qū)動器位移傳感器測量信息與五維測力平臺測量信息反饋給伺服控制系統(tǒng)，進行基于位置的阻抗控制，或者H)控制策略的調(diào)試研究； Stewart平臺模擬機器人軀干分配給機器人單腿總成的力及姿態(tài)信息，經(jīng)由六維力傳感器傳遞給機器人單腿總成，機器人腿各關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動器按照預(yù)先設(shè)置的控制策略運動，六維力傳感器測量信息、機器人腿各伺服驅(qū)動器力傳感器測量信息與五維測力平臺測量信息反饋給伺服控制系統(tǒng)，進行基于模型的力控制；或者結(jié)合Stewart平臺位移傳感器測量信息，伺服驅(qū)動器位移傳感器測量信息，進行力位混合控制的研究。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺及方法，該平臺包括門式三坐標機械臂總成、機器人腿連接支架、Stewart平臺、六維力傳感器、機器人單腿總成、五維測力平臺;所述Stewart平臺內(nèi)部集成伺服控制器、位移傳感器；Stewart平臺倒置安裝在機器人腿支架的底座上，機器人單腿總成下方為中心的地面上安裝五維測力平臺，機器人腿連接支架通過機器人腿連接支架固定在門式三坐標機械臂總成的Z軸方向移動支撐架總成上。該測試平臺適用于四足或多足液壓驅(qū)動機器人仿生步態(tài)生成中單腿運動與快速步態(tài)控制，以及機器人載荷分配、控制力分配、單腿力反饋控制、“離散步態(tài)+連續(xù)力控制”姿態(tài)穩(wěn)定控制多項控制策略的開發(fā)與研究。
文檔編號G05B23/02GK102841602SQ20121035530
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者李貽斌, 王海燕, 阮久宏, 榮學文 申請人:山東大學