[发明专利]小型履带移动机器人牵引特性测试平台

说明书

技术领域

本发明属于驱动牵引特性控制领域。

背景技术

履带式移动平台具有较高机动性、一定的越障能力和环境适应能力,其姿态可控性可以满足稳定的视觉系统、操作臂准确作业等的作业需求,由此得到了广泛的应用。特别是在面临着复杂、未知、多变的非结构环境时,它能够在有限的空间内，既尽可能扩大与地面接触面积，又能吸收由于地面结构突变等因素引起的振动，其结构紧凑，能够满足机器人缓冲吸振的要求。

对机器人来说,运动能力是最基本、最重要的首要前提。以机器人能够具有较高的运动能力和机动性为目标,如何建立准确的行驶动力学模型成为研究移动机器人适应复杂地面环境的首要问题，近几年，国内外学者利用计算地面力学建立行驶机构与地面作用模型，分析行驶机构与地面作用机理、建立牵引特性计算方法成为研究热点。在实验研究方面，牵引力实验主要集中于星球车及大中型越野车辆方面，极少有针对小型履带式机器人的牵引力实验研究，特别是针对于多种地面下的履带机器人的牵引特性研究。

随着履带式移动机器人应用的不断深入，室外地面环境更加复杂。在未知的地面环境中，不同类型土壤的性质截然不同，对于硬质性地面，履带机器人对土壤的通过性较好，而对于软土地面，土壤的抗剪切强度较小，能为机器人提供的牵引力有限。

传统的利用库仑定律建立的行驶动力学模型只是通过土壤参数以及简化的履带模型对牵引力进行估计，没有具体研究土壤下陷、履带变形及滑动率的问题。同时在实验研究方面，牵引力实验主要集中于星球车及大中型越野车辆方面，极少有针对小型履带式机器人的牵引力实验研究，特别是针对于多种地面下的履带机器人的牵引特性研究。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中履带式移动机器人不能同时测试土壤下陷、滑动率和牵引力的问题，本发明提供了一种小型履带机器人牵引特性测试平台。

小型履带机器人牵引特性测试平台，它包括带有编码器的车轮、前激光位移传感器、电源及信号处理箱、后激光位移传感器和拉力计；

电源及信号处理箱固定在被测履带机器人的车体上，

电源及信号处理箱用于给前激光位移传感器、拉力计、后激光位移传感器和带有编码器的车轮中的编码器供电，

带有编码器的车轮通过浮动连接系统固定在被测履带机器人的车体前部，拉力计通过型材支架固定在被测履带机器人的车体后部，

电源及信号处理箱的拉力信号输入端与拉力计的数据信号输出端连接，电源及信号处理箱的第一位移信号输入端与前激光位移传感器的位移信号输出端连接，电源及信号处理箱的第二位移信号输入端与后激光位移传感器的位移信号输出端连接，

前激光位移传感器和后激光位移传感器通过同一个刚性悬臂梁固定在被测履带机器人的车体上，且前激光位移传感器位于被测履带机器人的车体前方，后激光位移传感器位于被测履带机器人的车体后方，

前激光位移传感器和后激光位移传感器以被测履带机器人为中心对称设置。

所述的电源及信号处理箱获得被测履带机器人的下陷量的具体过程为，

在被测履带机器人静止状态下，以被测履带机器人前轮与地面接触点为原点，在水平面内建立坐标系，以被测履带机器人前进方向为X轴，垂直X轴方向为Z轴建立平面，

在坐标系xoz内，电源及信号处理箱采集获得前激光位移传感器与地面距离为l₁mm、后激光位移传感器与地面距离为l₂mm及被测履带机器人本体对地倾斜角度为δ度，设定路面保持水平，且路面相对于x轴的高度为z₀mm，则被测履带机器人处于运动过程中，在t时刻的后轮的下陷量为h＝(z₀-z₁)，

根据前激光位移传感器的坐标(x_前，z_前)、后激光位移传感器的坐标(x_后,z_后)及前激光位移传感器与后激光位移传感器的相对距离L，有以下关系：

z₁+l₂＝z_后      (1)

z₀+l₁＝z_前       (2)，

z_前-Lsinδ＝z_后      (3)

通过公式(1)至公式(3)获得被测履带机器人后轮下陷量h：