腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器性能測試平臺的製作方法

2023-05-14 03:03:56 3

專利名稱：腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器性能測試平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種一體化液壓伺服單元性能測試設備，尤其是一種腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器性能測試平臺。
背景技術：
目前，BigDog的巨大成功在國際機器人界引起了極大轟動，包括我國在內的多個國家快速提出了相關科技計劃，掀起了高性能液壓驅動仿生機器人的研究熱潮，並已研製出多臺機器人樣機。足式移動機器人具有適應複雜地形、運動靈活和越障能力強等方面的巨大優勢，在非結構環境下的軍事-民用物質運輸、野外勘探和探險、救援救災等領域具有廣闊的應用前景。然而，高性能液壓驅動足式機器人的任何部件、任何單元的缺陷都有可能導致嚴重的問題，需要在裝配、集成之前對關鍵部件、關鍵單元的性能、品質進行嚴格的測試。傳統的傳感器標定只是靜態標定，根據商家提供的標定報告，只能獲得位移傳感器和力傳感器的靜態參數。目前還沒有針對裝配完成的足式機器人液壓伺服驅動器性能測試的平臺。隨著液壓驅動足式機器人技術的逐步成熟和機器人製造業的迅猛發展，目前迫切需要一種用於裝配完成的足式機器人液壓伺服驅動器性能測試的平臺，滿足機器人對液壓驅動裝置高速響應特性的特殊要求。中國專利申請CN102841602A公開了一種機器人單腿總成控制開發性能測試平臺及方法，該平臺包括門式三坐標機械臂總成、機器人腿連接支架、Stewart平臺、六維力傳感器、機器人單腿總成、五維測力平臺；所述Stewart平臺內部集成伺服控制器、位移傳感器；Stewart平臺倒置安裝在機器人腿支架的底座上，機器人單腿總成下方為中心的地面上安裝五維測力平臺，機器人腿連接支架通過機器人腿連接支架固定在門式三坐標機械臂總成的Z軸方向移動支撐架總成上。該單腿總成控制開發性能測試平臺主要用於足式機器人仿生步態生成中單腿運動與快速步態控制，以及機器人載荷分配、控制力分配、單腿力反饋控制、「離散步態+連續力控制」姿態穩定控制等多項控制策略的開發與研究。控制策略可以施加給機器人系統的前提是液壓伺服驅動器可以正常運轉，並且運動特性已知，但是該測試平臺本身不能用於腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器性能測試。中國專利申請CN102840959A公開了 一種機器人單腿衝擊控制實驗平臺，它包括一個集成控制器、一個機器人腿提升裝置、一個試驗臺支架、靜態加載裝置、一個六維力傳感器、一個五維力測力平臺；所述試驗臺支架包括試驗臺支架底座和試驗臺支架立柱；其中，所述集成控制器固定在試驗臺支架底座上，所述機器人腿提升裝置固定在試驗臺支架上，所述靜態加載裝置固定在機器人腿提升裝置上，所述六維力傳感器安裝在提升裝置和機器人軀幹之間，所述五維測力平臺固定在六維力傳感器下方的地面上。該單腿衝擊控制實驗臺，適用於腿足式機器人在短時大衝擊力作用下單腿的結構穩定性測試、液壓系統可靠性測試、不同恆定負載下單腿彈跳運動的動態響應特性測試，單腿力反饋控制等多項控制策略的開發與研究。機器人單腿彈跳運動的動態響應特性測試的前提是機器人一體化液壓伺服驅動器的動態性能已知，但是該測試平臺本身不能測定腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器的動態性能，並且目前還沒有針對裝配完成的足式機器人液壓伺服驅動器性能測試的平臺。中國專利申請CN102830699A公開了一種機器人單關節液壓力及位置控制實驗平臺，它包括懸臂支架、第一液壓伺服驅動單元、力矩電機及配套控制器、角位移傳感器支架、角位移傳感器、擺動單元、若干套筒；懸臂支架的底座固定在地面上，角位移傳感器支架、力矩電機及配套控制器固定在懸臂支架的懸臂端，角位移傳感器固定在角位移傳感器支架上且與力矩電機輸出軸連接，擺動單元及套筒串聯在力矩電機的輸出軸上，第一液壓伺服驅動單元一端與懸臂支架支耳連接，另一端與擺動單元連接。該機器人單關節液壓力及位置控制實驗平臺適用於機器人關節控制方法的開發與測試，可以模擬機器人操作臂不同位形下的關節轉動慣量的變化。這些都要求液壓伺服驅動器正常運轉，並且運動特性已知。而該實驗平臺本身不能測定腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器的性能。

發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器性能測試平臺，該平臺用於測試裝配完成的一體化液壓伺服驅動器的頻率響應，速度控制性能，動態力控制性能和動態位置控制性能，平臺結構簡單，緊湊、使用方便，較快獲得一體化液壓驅動器的動態性能參數。為實現上述目的，本發明採用下述技術方案:一種腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器性能測試平臺，包括測試臺支撐底座，測試臺支撐底座一端設有豎直向上凸起的測試臺側面支耳，測試臺支撐底座上部固定安裝有平行設置的直線導軌和磁致伸縮位移傳感器，直線導軌一端緊靠在測試臺側面支耳側面上，直線導軌上卡有若干能沿其移動的滑塊，滑塊上固定有質量塊。所述測試臺側面支耳上開有第一卡槽，第一卡槽兩側設有通孔。所述直線導軌的端面呈工字型。所述滑塊設有兩個，每個滑塊的上表面均為平面，其上設有若干螺紋孔。所述質量塊上設有若干與滑塊上的螺紋孔相對應的孔。所述質量塊的一端設有第一支耳，質量塊下表面一側設有能夠套在磁致伸縮位移傳感器的伸縮杆上的第二支耳。所述第一支耳上設有第二卡槽，第二卡槽的兩側設有連接孔。使用時，將本發明的測試臺支撐底面直接固定在水平地座上，或者固定在工作面與水平面平行的或者成一定角度的工作檯上(工作檯與水平面的夾角e已知)。直線導軌固定在測試臺支撐底座上。高精度的磁致伸縮位移傳感器的固定部分與直線導軌平行，固定在測試臺支撐底座上，高精度的磁致伸縮位移傳感器的可移動部分與質量塊第二支耳相連。質量塊固定在直線導軌配套的兩個滑塊上，滑塊的質量及滑塊與直線導軌之間的摩擦係數變化曲線已知。一體化液壓伺服驅動器的油缸與測試臺的側面支耳相連，活塞杆與質量塊第一支耳相連。一體化液壓伺服驅動器包括，一個活塞杆，一個力傳感器，一個線位移傳感器，一個電液伺服閥，一個液壓缸。其為現有機構，不再贅述。磁致伸縮位移傳感器是利用兩個不同磁場相交時產生的應變脈衝信號被檢測到的時間來計算出磁場相交點的準確位置。一個磁場來自傳感器電子倉的電子部件所產生的脈衝激勵，該激勵脈衝產生的磁場沿著傳感器測杆內用高磁致伸縮材料製成的波導絲以光速自電子倉端向尾端前進，當與活動的永久磁場(該永磁鐵一般安裝在需要檢測位置的動板上)相交時，由於磁致伸縮現象，波導絲在相交點產生一個機械應變脈衝，並以聲速從此點經波導絲向電子倉端回傳，該應變脈衝被電子倉中的檢測電路探測到。因此，從發射一個主動脈衝波到接收到一個應變脈衝波，這之間的時間就是聲速在波導絲中傳遞的時間(此處已忽略了主動波運行的時間，實際影響只有0.0001%),已知聲速(固定量為3000m/s)和傳遞時間，這一距離就當然確定了。當永磁鐵運動至新的位置時，重新確定上述測量。因此，磁致伸縮位移傳感器具有高精度、高響應、低遲滯、高可靠性、非接觸、壽命長、穩定性高、安裝方便等優點，無須重新標定，無須定期維護，因而被精確測量領域廣泛採用。本發明使用磁致伸縮高精度位移傳感器以高採樣頻率測量質量塊的位移，標定一體化液壓伺服驅動器的線位移傳感器；根據磁致伸縮高精度位移傳感器輸出的位移變化信息，計算質量塊速度、加速度，計算獲得一體化液壓驅動器的動態性能參數。一體化液壓伺服驅動器在伺服控制系統的控制下進行位移跟蹤閉環，力閉環運動。提取磁致伸縮高精度位移傳感器、一體化液壓伺服驅動器的線位移傳感器、力傳感器信息，可以測試液壓伺服驅動器的頻率相應特性、速度控制特性、動態力控制特性和位置控制特性。本發明的有益效果:(I)本發明提出的一體化液壓伺服驅動器測試平臺結構簡單，緊湊、使用方便的優點。(2)本發明是用磁致伸縮高精度位移傳感器，標定一體化液壓伺服驅動器的線位移傳感器，並根據磁致伸縮高精度的位移傳感器輸出的位移變化信息，計算質量塊的速度、加速度，計算獲得一體化液壓驅動器的動態性能參數。


圖1為一體化液壓伺服驅動器性能測試平臺示意圖；圖2為一體化液壓伺服驅動器測試臺本體示意圖；圖3為質量塊示意圖；圖4為一體化液壓伺服驅動器示意圖。圖中:1.質量塊，2.—體化液壓伺服驅動器，3.測試臺本體，4.直線導軌，5.滑塊，6.測試臺側面支耳，7.測試臺支撐底座，8.磁致伸縮位移傳感器，9.質量塊第一支耳，
10.質量塊第二支耳，11.螺紋孔，12.力傳感器，13.活塞杆，14.線位移傳感器，15.電液伺服閥，16.液壓缸。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖1所示，足式機器人液壓伺服驅動器性能測試平臺包括，一個已知質量的質量塊I, 一個一體化液壓驅動單元2，一個測試臺本體3。如圖2所示，一個測試臺本體3包括，一個直線導軌4，兩個滑塊5，一個測試臺支撐底座7、一個測試臺側面支耳6，一個高精度磁致伸縮位移傳感器8。測試臺支撐底座7 —端設有豎直向上凸起的測試臺側面支耳6，測試臺支撐底座7上部固定安裝有平行設置的直線導軌4和磁致伸縮位移傳感器8，直線導軌4 一端緊靠在測試臺側面支耳6側面上，直線導軌4上卡有若干能沿其移動的滑塊5，滑塊5上固定有質量塊I。測試臺側面支耳6上開有第一卡槽，第一卡槽兩側設有通孔。直線導軌4的端面呈工字型。每個滑塊5的上表面均為平面，其上設有若干螺紋孔。如圖3所示，質量塊I包含第一支耳9，第二支耳10，八個與滑塊上的螺紋孔相對應螺紋孔11。質量塊I的一端設有第一支耳9,質量塊I下表面一側設有能夠套在磁致伸縮位移傳感器8的伸縮杆上的第二支耳10。第一支耳上8設有第二卡槽，第二卡槽的兩側設有連接孔。如圖4所不,一體化液壓伺服驅動器2包括,一個活塞杆13,—個力傳感器12, —個線位移傳感器14，一個電液伺服閥15，一個液壓缸16。其為現有機構，在此不再贅述。應用時，測試臺支撐底座7直接固定在水平地面上，或者固定在工作面與水平面平行的或者成一定角度的工作檯上(工作檯與水平面的夾角9已知)。直線導軌4固定在測試臺支撐底座7上。高精度的磁致伸縮位移傳感器8的固定部分與直線導軌4平行，固定在測試臺支撐底座7上，高精度的磁致伸縮位移傳感器8的可移動部分與質量塊第二支耳相連10。質量塊I固定在直線導軌配套的兩個滑塊上5，滑塊5的質量及滑塊5與直線導軌4之間的摩擦係數變化曲線已知。一體化液壓伺服驅動器2的油缸16與測試臺側面支耳6相連，活塞杆13與質量塊第一支耳9相連。本發明使用磁致伸縮高精度位移傳感器8以高採樣頻率測量質量塊I的位移,標定一體化液壓伺服驅動器的線位移傳感器14 ;根據磁致伸縮高精度位移傳感器8輸出的位移變化信息，計算質量塊I速度、加速度，計算獲得一體化液壓驅動器2的動態性能參數。一體化液壓伺服驅動器2在伺服控制系統的控制下進行位移跟蹤閉環，力閉環運動。提取磁致伸縮高精度位移傳感器8、一體化液壓伺服驅動器的線位移傳感器14、力傳感器信息13，可以測試液壓伺服驅動器2的頻率相應特性、速度控制特性、動態力控制特性和位置控制特性。上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式
進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
權利要求
1.一種腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器性能測試平臺，其特徵是，包括測試臺支撐底座，測試臺支撐底座一端設有豎直向上凸起的測試臺側面支耳，測試臺支撐底座上部固定安裝有平行設置的直線導軌和磁致伸縮位移傳感器，直線導軌一端緊靠在測試臺側面支耳側面上，直線導軌上卡有若干能沿其移動的滑塊，滑塊上固定有質量塊。
2.按權利要求1所述的平臺，其特徵是，所述測試臺側面支耳上開有第一卡槽，第一卡槽兩側設有通孔。
3.按權利要求1所述的平臺，其特徵是，所述直線導軌的端面呈工字型。
4.按權利要求1所述的平臺，其特徵是，所述滑塊設有兩個，每個滑塊的上表面均為平面，其上設有若干螺紋孔。
5.按權利要求4所述的平臺，其特徵是，所述質量塊上設有若干與滑塊上的螺紋孔相對應的孔。
6.按權利要求1所述的平臺，其特徵是，所述質量塊的一端設有第一支耳，質量塊下表面一側設有能夠套在磁致伸縮位移傳感器的伸縮杆上的第二支耳。
7.按權利要求6所述的平臺，其特徵是，所述第一支耳上設有第二卡槽，第二卡槽的兩側設有連接孔。
全文摘要
本發明公開了一種腿足式機器人一體化液壓伺服驅動器性能測試平臺，包括測試臺支撐底座，測試臺支撐底座一端設有豎直向上凸起的測試臺側面支耳，測試臺支撐底座上部固定安裝有平行設置的直線導軌和磁致伸縮位移傳感器，直線導軌一端緊靠在測試臺側面支耳側面上，直線導軌上卡有若干能沿其移動的滑塊，滑塊上固定有質量塊。該平臺用於測試裝配完成的一體化液壓伺服驅動器的頻率響應，速度控制性能，動態力控制性能和動態位置控制性能，平臺結構簡單，緊湊、使用方便，較快獲得一體化液壓驅動器的動態性能參數。
文檔編號G05B23/02GK103092193SQ20131003975
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者阮久宏, 榮學文, 李貽斌, 王海燕, 楊福廣 申請人:山東交通學院