[发明专利]一种仿生机器人足垫与地面作用力测试试验台

说明书

本发明公开了一种仿生机器人足与地面作用力测试试验台，包括机架、土槽、机器人下肢、数据采集机构；机架包括底层平板、门型框架；底层平板上设有固定轴承座，土槽底部一端通过连接轴与固定轴承座连接，土槽底部另一端与底层平板之间设置有千斤顶；门型框架固定在底层平板上，门型框架顶部安装有直线电缸，机器人下肢通过电缸滑块与直线电缸连接，机器人下肢位于土槽上方并伸入土槽内；数据采集机构用于采集机器人下肢的足印图像、运动轨迹，以及运动过程中受力情况。本发明可获取机器人在不同条件下的受力情况以及足迹情况。同时，该试验台操作简便，可控变量多，性能安全可靠。

技术领域

本发明涉及机器人测试领域，具体涉及一种仿生机器人足垫与地面作用力测试试验台。

背景技术

近些年来，仿生足式机器人以其良好的通过性能成为机器人发展的主流。现有仿生足式机器人，在硬地面(结构化地面)上的机动性和稳定性技术较为成熟，但在松软地面(沙地、雪地、沼泽、坡地、草地等)上，足式机器人容易打滑、驱动力不足、沉陷甚至摔倒，机动性和稳定性面临挑战。因此，有必要研究足垫与软地面作用关系，为稳定性控制、足垫设计和步态规划提供依据。通过单腿土槽试验获取足壤作用参数是重要的解决途径之一。同时由于机器人的作业环境越来越复杂，为使其能适应如草地、沙地、山地等多种复杂土壤环境及其地形，需在进行实际生产使用之前通过机器人足垫与不同地面进行试验，来分析其通过性，并判断该种足垫是否为在该条件下最优足垫。因此，需要一种能够获得机器人在不同条件下的运动足印以及受力情况的试验台，从而可通过足印及受力来进行分析计算，判断足式机器人的通过性以及足垫受到一定压力以及剪切力作用时的力学性能。

发明内容

为解决现有足壤试验台不能模拟足式机器人一个步态周期内的行进过程，且不能得到行进过程中的受力以及足印情况，因此无法判断通过性以及力学性能等缺陷。本发明提出一种仿生机器人足垫与地面作用力测试试验台，该试验台可获取机器人在不同条件下的受力情况以及足迹情况。同时，该试验台操作简便，可控变量多，性能安全可靠。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种仿生机器人足垫与地面作用力测试试验台，包括机架、土槽、机器人下肢、数据采集机构；所述机架包括底层平板、门型框架；底层平板上设有固定轴承座，土槽底部一端通过连接轴与固定轴承座连接，土槽底部另一端与底层平板之间设置有千斤顶；门型框架固定在底层平板上，门型框架顶部安装有直线电缸，机器人下肢通过电缸滑块与直线电缸连接，机器人下肢位于土槽上方并伸入土槽内；数据采集机构用于采集机器人下肢的足印图像、运动轨迹，以及运动过程中受力情况。

进一步地，所述机器人下肢包括连接机架、髋关节舵机、大腿机架、膝关节舵机、小腿机架、机器人足垫；连接机架与髋关节舵机固定端通过螺栓连接；髋关节舵机旋转轴与大腿机架过盈配合；大腿机架与膝关节舵机固定端通过螺栓连接；膝关节舵机旋转轴与小腿机架过盈配合；小腿机架末端连接机器人足垫。

更进一步地，所述数据采集机构包括三轴力传感器及相机，三轴力传感器一端与小腿机架通过螺纹连接，另一端与机器人足垫通过螺纹连接；相机滑动连接在滑轨上，滑轨固定在底层平板上。

本发明具有以下优点：

1.搭载直线电缸，可使机器人下肢上下运动，便于加载；

2.通过设置千斤顶，可调整土槽与水平面角度，模拟不同坡度下机器人足步态情况。

3.机器人下肢使用髋关节舵机以及膝关节舵机，使该机器人步态可调节，模拟不同速度下运动情况，且运行稳定。

4.三轴力传感器与机器人足垫和小腿机架通过螺纹配合相连，方便更换不同种类足垫进行实验。

5.相机滑动连接在滑轨，可沿滑轨上下移动，使相机获取不同位置足迹图像,三轴力传感器与膝关节舵机以及足垫相连，可随时获取足垫受力情况。

附图说明