[发明专利]可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台及其使用方法

权利要求书

1.一种可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台，其特征在于，包括控制器、底座、固定框架、抬升框架和伺服电机推动装置，所述伺服电机推动装置与控制器连接，所述固定框架的底端与底座固定连接，所述伺服电机推动装置的底端与底座转动连接，所述伺服电机推动装置的顶端与抬升框架的底端转动连接，所述抬升框架的左侧壁的下部与固定框架的右侧壁的上部转动连接；

所述抬升框架分为上层平台和下层平台，所述上层平台设有主动轮、第一从动轮、减速机、巡线机器人和与控制器连接的第一伺服电机，所述减速机与第一伺服电机连接，所述主动轮固定于上层平台的一侧并与所述第一伺服电机的输出轴柔性连接，所述第一从动轮固定于上层平台的另一侧并与主动轮左右相对设置；

所述下层平台固定有第二从动轮、第三从动轮和用于张紧电缆的张紧装置，所述第二从动轮与第一从动轮上下相对设置，所述第三从动轮与主动轮上下相对设置，所述张紧装置位于第二从动轮和第三从动轮之间并且三者处于同一条直线上；

所述主动轮、第一从动轮、第二从动轮、张紧装置和第三从动轮上依次绕接电缆，并形成闭合回路，所述巡线机器人在主动轮和第一从动轮之间的电缆上行走。

2.根据权利要求1所述的一种可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台，其特征在于，所述上层平台的左右两侧壁上靠近主动轮和第一从动轮的位置各设有一个用于检测巡线机器人与主动轮或第一从动轮间距的距离检测传感器，两个所述距离检测传感器相对设置并与控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台，其特征在于，所述巡线机器人上设有速度传感器，所述速度传感器与控制器连接。

4.根据权利要求3所述的一种可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台，其特征在于，所述第一从动轮、第二从动轮和第三从动轮均包括轴轮和轴承，所述轴轮与轴承过盈配合连接，所述轴承与抬升框架之间螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的一种可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台，其特征在于，所述抬升框架为长方体，所述伺服电机推动装置与所述抬升框架的底端的连接点位于下层平台沿宽边的中线上且距中线左端约3/4中线长度。

6.根据权利要求5所述的一种可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台，其特征在于，所述伺服电机推动装置包括第二伺服电机和电动推杆，所述电动推杆的顶端与抬升框架的底端转动连接，所述电动推杆的底端与底座转动连接。

7.根据权利要求4或6所述的一种可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台，其特征在于，所述上层平台和下层平台均呈条栅状并具有多条条形空隙，所述主动轮、第一从动轮、

第二从动轮和第三从动轮的轴轮均穿过上层平台或下层平台的条形空隙。

8.一种权利要求2～7中任一项所述的可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台的使用方法，其特征在于，

当实验开始时，减速机带动第一伺服电机的输出轴降低转速，增大扭矩带动主动轮转动，实现巡线机器人的启动；

所述张紧装置对下方电缆施加张紧力的情况下提供足够的摩擦力，通过主动轮的转动带动电缆转动，使巡线机器人在电缆上行走，控制器控制巡线机器人的速度，模拟巡线机器人的正常工作；

当需要模拟巡线机器人下坡时，获取伺服电机推动装置下降距离，控制器控制伺服电机推动装置下降，此时，抬升框架下倾，实现巡线机器人下坡运动；

当需要模拟巡线机器人上坡时，获取伺服电机推动装置提升距离，控制器控制伺服电机推动装置提升，此时，抬升框架上斜，实现巡线机器人上坡运动；

所述距离检测传感器始终检测巡线机器人距离主动轮及第一从动轮的距离，当巡线机器人与主动轮或第一从动轮的距离过近时，控制器控制调整伺服电机推动装置，使抬升框架处于水平位置，避免出现危险。

9.根据权利要求8所述的可模拟弧垂线路的挂线轮式机器人实验平台的使用方法，其特征在于，

电缆的弧垂曲线基本相当于一条二次函数曲线如下：

其中a为两基电杆之间的跨距，b是弧垂曲线的最高点和最低点之间的垂直距离；

巡线机器人的下坡角度θ与x的关系为：

θ_(x)＝-arctan(y^′)

其中

巡线机器人所运行时间t与x的关系为：

其中v为第一伺服电机的线速度

取反函数：

代入可以得到巡线机器人的下坡角度θ与时间t的关系如下：

为满足下坡角度θ，伺服电机推动装置的下降距离与旋转半径r之间有下列关系：

可得到在模拟下坡过程中伺服电机推动装置的下降距离与时间t的关系，如下：

同理，在理想条件下，伺服电机推动装置将电缆从水平位置推至最大坡度的过程中，巡线机器人的上坡角度和下坡角度θ互为相反数，以及在两个互为相反数的角度时，所需要的提升距离和下降距离相同。