[发明专利]一种松软地面步行足运动学与力学性能测试平台

说明书

本发明公开了一种松软地面步行足运动学与力学性能测试平台，由土槽、水平拖拽系统、垂直拖拽系统、摆动驱动系统组成，步行机械足安装在摆动驱动系统的输出轴上，可模仿生物足的跨步运动过程，其中，摆动驱动系统实现摆腿牵引动作，垂直拖拽系统实现抬腿、落腿等动作，水平拖拽系统实现伸腿动作。同时，该平台可测试足/壤作用相关运动学和力学性能参数，包括足的前进速度、沉陷量、三个方向受力以及扭矩。整个测试平台结构简单，且具有多重功能。在满足模仿生物足跨步动作的基础上，对足/壤作用性能参数进行定量描述。

技术领域

本发明属于一种足/壤作用测试装置，具体涉及一种松软地面步行足运动学与力学性能测试平台。

背景技术

随着航天技术的发展，各国掀起了新一轮的外太空探测热潮。已有资料表明，月球、火星等地表被类似沙漠的土壤覆盖，属于松软地面，部分地方还夹杂着大量的岩石。轮式移动平台，具有运行稳定、工作效率高、结构简单等有点，而被广泛的应用于星球探测。但是，面对夹杂石块、高低起伏的地面时，轮式移动平台的越障性、通过性则相对较差，容易出现滑转、沉陷、磨损等问题。足式移动平台，由于触地点是一个个离散的点，接触面积较小，在松软地面具有较高的通过性。同时，足式移动平台具有抬腿、跨步等动作，可通过具有一定高度的障碍物，越障性能较好。因此，足式移动平台在星球探测领域具有广泛的应用前景。

传统车轮在沙漠地带容易出现打滑、沉陷，根本无法前行，但是足式机器人却能以较高的速度通过沙漠地带。美国佐治亚理工学院Goldman等人，根据沙漠蜥蜴和蟑螂的四肢腾空和与沙地接触时速度的变化，设计了“SandBot”六足机器人，运行速度至少是美国宇航局火星探测器行进速度的15倍。另外，足式机器人也常被用来作战、排爆、物资运输等。美国波士顿动力公司专门为美国军方研制的“BigDog”大狗机器人。据相关资料显示，大狗机器人可以在山地、沙地、雪地、冰面等非常规地形上行走，具有较高的通过性、鲁棒性等。可见，足式机器人在地球非常规路面也应用的相当广泛。

足作为足式移动平台与地面直接接触的执行部件，其性能的优劣将直接影响整个平台的通过性。为保证足式移动平台能稳定的通过不同的地面条件，大量的土槽试验已显得很有必要。目前尚未检索到专门应用于足壤相互作用的测试装置，更多的涉及轮壤相互作用测试装置。但是，轮壤测试装置主要是轮子在松软地面的滚动，而足壤测试装置更多的关注模拟足的运动过程，二者运动方式完全不同。因此，研制功能齐全且专门应用于足壤相互作用测试的装置迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种松软地面步行足运动学与力学性能测试平台。该平台可模仿生物足在跨步运动过程中的摆腿牵引、抬腿、伸腿、落腿等动作，测试步行机械足的驱动扭矩、前进速度、牵引力、侧滑力、入土阻力、沉陷量等指标。

本发明包括土槽、水平拖拽系统、垂直拖拽系统和摆动驱动系统。土槽上段选用5mm厚的透明亚克力板封四周，土槽下段选用2mm厚的不锈钢板封四周及底面。

水平拖拽系统是由标尺、直线导轨、齿条托板、齿条、齿轮、水平滑块、水平拖拽电机、减速箱、纵向轴、轴承、轴承座、离合器、编码器、纵向架组成，直线导轨、齿条托板安装在土槽的架上，水平滑块安装在直线导轨上，齿条安装在齿条托板上，编码器安装在水平滑块前端，纵向架和轴承座安装在水平滑块上，齿轮、轴承、离合器安装在纵向轴上，纵向轴通过减速箱与水平拖拽电机相连。

垂直拖拽系统由垂直移动杆、第一垂直移动板、第二垂直移动板、第三垂直移动板、垂直固定杆、第一垂直固定板、第二垂直固定板、垂直丝杠、直线轴承、卡簧、垂直拖拽电机、配重块、垂直位移传感器组成，第一垂直固定板与纵向架连接固定，卡簧的位置介于第一垂直移动板与第二垂直固定板之间，卡簧可上下移动，变换位置，配重块放置在第二垂直移动板上，起到了模拟生物体自身重力的作用。垂直拖拽电机和垂直位移传感器安装在第二垂直固定板上，垂直位移传感器采用拉线式，垂直位移传感器的线头安装在第二垂直移动板上。