機器人單腿總成控制開發性能測試平臺制造技術

本實用新型專利技術公開了一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，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動機器人仿生步態生成中單腿運動與快速步態控制，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+連續力控制”姿態穩定控制多項控制策略的開發與研究。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

機器人單腿總成控制開發性能測試平臺
本技術涉及一種機器人關鍵單元的測試設備，尤其涉及一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺。
技術介紹
腿足機器人是一個串并聯-多支鏈的非線性系統，其參數強時變。在動態步行時， 機器人靜不穩定，獲取的地形信息存在不確定性。在動步態快速運動、地形變化和受到外界沖擊時極易失穩。如何實現機器人在上述情況下的姿態穩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，結合機器人對復雜環境的適應性要求，本技術首次提出一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，該測試平臺適用于四足或多足液壓驅動機器人仿生步態生成中單腿運動與快速步態控制，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+ 連續力控制”姿態穩定控制等多項控制策略的開發與研究。中國專利文獻CN102556197A公開了 “一種多足步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組成。單腿實驗平臺機械本體包括單腿實驗平臺框架、步行機器人單腿和實驗平臺高度調節裝置。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節。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，用于測量步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節伺服電機的轉動角度。該單腿實驗平臺可以獲得實驗平臺的高度、步行機器人單腿在行進過程中臀部的高度變化曲線、步行機器人單腿的運動速度。可以獲得機器人單腿與地面之間的作用力，由于機器人各關節伺服電機輸出力沒有對應傳感器測量， 所以該實驗平臺只能實現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作基礎的阻抗控制的調試研究。該實驗平臺不能實現對地形的模擬，不能用于研究機器人載荷分配、控制力分配、“離散步態+連續力控制”姿態穩定控制等多項控制策略的開發與研究。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動，支撐架可以同時做出俯仰偏轉和橫滾偏轉。轉動機構固定在支撐架之上，也能夠做出俯仰偏轉和橫滾偏轉，實現對全地形的模擬。該足式機器人行走能力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。
技術實現思路
本技術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，結合機器人對復雜環境的適應性要求，提供一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，該測試平臺適用于四足或多足液壓驅動機器人仿生步態生成中單腿運動與快速步態控制，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+連續力控制”姿態穩定控制等多項控制策略的開發與研究。為了實現上述目的，本技術采用如下技術方案—種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，包括一個門式三坐標機械臂總成、 一個機器人腿連接支架、一個Stewart平臺、一個六維力傳感器、一個五維測力平臺；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置在X軸方向直線導軌上，所述機器人腿連接支架設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力平臺。所述Stewart平臺內部集成伺服控制器、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一個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,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，門式支撐架第二底座上設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，一個Y軸方向移動聯軸器，一個Y軸方向移動絲杠，四個Y軸方向移動滑塊，兩個X軸方向直線導軌；所述兩根Y軸方向直線導軌分別固定在兩根門式支撐架橫梁上，每根直線導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軸方向絲杠對應的螺母。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軸方向移動聯軸器，一個Z軸方向絲杠，一個Y軸方向絲杠對應的螺母；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3軸方向移動絲杠與第三伺服電機通過Z軸方向移動聯軸器連接，穿過固定在機器人腿支架側面支撐板的Z軸方向絲杠對應的螺母。機器人腿連接支架側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面支撐板，一個Z軸方向絲杠對應的螺母；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、一個機器人大腿、一個機器人小腿、一個臀部液壓伺服驅動器、一個大腿液壓伺服驅動器、一個小腿液壓伺服驅動器；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動器連接。所述液壓伺服驅動器包括，一個活塞桿、一個力傳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，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的地面上安裝有五維測力平臺。

【技術特征摘要】
1.一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，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的地面上安裝有五維測力平臺。2.如權利要求I所述的一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，其特征是，所述 Stewart平臺內部集成伺服控制器、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、第二底座上分別設置有門式支撐架第一、第二支耳。3.如權利要求2所述的一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，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置于的Z軸方向移動支撐架總成上。4.如權利要求3所述的一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺，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置，分別固定在地面上，X軸方向直線導軌固定在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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李貽斌，王海燕，阮久宏，榮學文，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：實用新型
國別省市：