[发明专利]机器人单腿总成控制开发性能测试平台及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人关键单元的测试设备，尤其涉及一种机器人单腿总成控制开发性能测试平台及方法。

背景技术

腿足机器人是一个串并联-多支链的非线性系统，其参数强时变。在动态步行时，机器人静不稳定，获取的地形信息存在不确定性。在动步态快速运动、地形变化和受到外界冲击时极易失稳。如何实现机器人在上述情况下的姿态稳定是四足仿生机器人研制的成败点。针对机器人-地面交互作用的瞬间性和用于交互作用研究的计算机视觉信息的不确定性特点，结合机器人对复杂环境的适应性要求，本发明首次提出一种机器人单腿总成控制开发性能测试平台，该测试平台适用于四足或多足液压驱动机器人仿生步态生成中单腿运动与快速步态控制，以及机器人载荷分配、控制力分配、单腿力反馈控制、“离散步态+连续力控制”姿态稳定控制等多项控制策略的开发与研究。

中国专利文献CN102556197A公开了“一种多足步行机器人单腿实验平台”，该单腿实验平台由单腿实验平台机械本体和单腿实验平台控制系统组成。单腿实验平台机械本体包括单腿实验平台框架、步行机器人单腿和实验平台高度调节装置。单腿实验平台框架由固定支架、滑动台和传感器安装板组组成。实验平台高度手动调节。两个高度传感器和一个水平位移传感器安装在实验平台框架上，测量机器人腿和实验平台框架的相对位置。力传感器安装在机器人小腿上，用于测量步行机器人单腿与地面之间的作用力。编码器测量机器人腿各个关节伺服电机的转动角度。该单腿实验平台可以获得实验平台的高度、步行机器人单腿在行进过程中臀部的高度变化曲线、步行机器人单腿的运动速度。可以获得机器人单腿与地面之间的作用力，由于机器人各关节伺服电机输出力没有对应传感器测量，所以该实验平台只能实现机器人位置控制策略的研究，以及基于足底力反馈的以位置控制系统作基础的阻抗控制的调试研究。该实验平台不能实现对地形的模拟，不能用于研究机器人载荷分配、控制力分配、“离散步态+连续力控制”姿态稳定控制等多项控制策略的开发与研究。

中国专利文献CN202188963U公开了“一种足式机器人行走能力试验装置”使用时，通过控制各个电机的转动，支撑架可以同时做出俯仰偏转和横滚偏转。转动机构固定在支撑架之上，也能够做出俯仰偏转和横滚偏转，实现对全地形的模拟。该足式机器人行走能力试验装置仅仅适用于机器人整机试验的地形模拟。不能直接刻画机器人与地面的交互，也不能用于机器人单腿测试。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，针对机器人-地面交互作用的瞬间性和用于交互作用研究的计算机视觉信息的不确定性特点，结合机器人对复杂环境的适应性要求，提供一种机器人单腿总成控制开发性能测试平台及方法，该测试平台适用于四足或多足液压驱动机器人仿生步态生成中单腿运动与快速步态控制，以及机器人载荷分配、控制力分配、单腿力反馈控制、“离散步态+连续力控制”姿态稳定控制等多项控制策略的开发与研究。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机器人单腿总成控制开发性能测试平台，包括一个门式三坐标机械臂总成、一个机器人腿连接支架、一个Stewart平台、一个六维力传感器、一个五维测力平台;所述门式三坐标机械臂总成包含门式支撑架立柱、门式支撑架横梁、门式支撑架第一底座、门式支撑架第二底座、门式支撑架第一支耳、门式支撑架第二支耳，所述门式三坐标机械臂总成设置在X轴方向直线导轨上，所述机器人腿连接支架设置在门式三坐标机械臂总成的门式支撑架横梁上，所述Stewart平台倒置安装在机器人腿支架的底座上，所述六维力传感器安装在Stewart平台下表面与机器人单腿总成之间，机器人单腿总成下方为中心的地面上安装五维测力平台。

所述Stewart平台内部集成伺服控制器、位移传感器；所述Stewart平台能够提供空间六自由度运动，所述机器人腿连接支架通过机器人腿连接支架固定在门式三坐标机械臂总成的Z轴方向移动支撑架总成上。

所述门式三坐标机械臂总成包括一个X轴方向移动支撑架总成，一个Y轴方向移动支撑架总成，一个Z轴方向移动支撑架总成，第一伺服电机，第二伺服电机，第三伺服电机，第四伺服电机，所述第一、第二、第三、第四伺服电机都是自带连接法兰盘、内部集成编码器；第一伺服电机固定在与门式支撑架第二底座相连接的门式支撑架第二支耳上，第四伺服电机固定在与门式支撑架第一底座相连接的门式支撑架第一支耳上，门式支撑架第一底座固定在两个X轴方向移动滑块上，第二底座固定在另外两个X轴方向移动滑块上。每个底座与对应的两个滑块通过螺钉连接。