(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201611139788.X
(22)申请日 2016.12.12
(71)申请人 北京航空航天大学
地址 100191 北京市海淀区学院路37号
(72)发明人 丁希仑 潘希祥 张
(74)专利代理机构 北京永创新实专利事务所
11121
代理人 周长琪
(51)Int.Cl.
G01M 13/00(2006.01)
G01L 5/16(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开一种腿式机器人单腿性能测试
实验平台，在机架顶面安装有沿空间y轴水平移
动的移动平台；移动平台上还安装有沿空间z轴
竖直移动的升降装置；升降装置上设计有至少一
个负载安装处，同时升降装置底部安装力传感机械制图模型
风暖加热器
器，用来连接待测单腿机构；机架底部安装有角
度调整装置，为水平角度可调节的盒体，盒体内
部用来盛装地形模拟材料。同时移动平台与升降
装置还通过钢丝绳牵引配种的方式分别实现移
动平台摩擦力的抵消与升降装置自重的补偿。本
发明可实现单腿机构多自由度移动，同时实现不
同坡度和倾斜度的不同地形状态的模拟；试验过
程可改变外部承载并可由力传感器和拉力传感
器检测出整个试验过程的受力情况。权利要求书1页 说明书5页 附图5页CN 106768938 A 2017.05.31
C N 106768938
A
1.一种腿式机器人单腿性能测试实验平台，其特征在于：包括机架、移动平台、升降装置和角度调整装置；
所述机架顶面安装有沿空间y轴水平移动的移动平台；移动平台上还安装有沿空间z轴竖直移动的升降装置；升降装置上设计有至少一个负载安装处，同时升降装置底部安装力传感器，用来连接待测单腿机构；机架底部安装有角度调整装置，为水平角度可调节的盒体，盒体内部用来盛装地形模拟材料。
2.如权利要求1所述一种腿式机器人单腿性能测试实验平台，其特征在于：升降装置通过传动装置驱动运动；传动装置包括输入轴、主动齿轮、手轮、从动齿轮、输出轴与输出齿轮；其中，输入轴上套接主动齿轮；输出轴上套接从动齿轮与输出齿轮；从动齿轮与主动齿轮啮合；同时在升降装置上沿z轴安装有齿条，齿条与输出齿轮啮合。
3.如权利要求2所述一种腿式机器人单腿性能测试实验平台，其特征在于：输入轴的转动通过输入轴端
部安装的手轮实现；且通过插销穿过手轮周向上设计的开孔后，插入机架上的定位台实现手轮的固定。
4.如权利要求1所述一种腿式机器人单腿性能测试实验平台，其特征在于：移动平台由钢丝绳A牵引，钢丝绳A绕过机架上的力平衡滑轮后连接配重，实现移动平台水平摩擦力的平衡。
5.如权利要求1所述一种腿式机器人单腿性能测试实验平台，其特征在于：升降装置由钢丝绳B牵引，钢丝绳B绕过移动平台上安装的重力补偿滑轮后连接配重，实现升降架自身重力的补偿。
6.如权利要求1所述一种腿式机器人单腿性能测试实验平台，其特征在于：还包括升降滑轮与拉力滑轮；升降滑轮安装于盒体侧壁，相对盒体的上下位置可调；拉力滑轮安装于机架顶部边缘位置，钢丝绳C与待测单腿机构相连，绕过升降滑轮，再绕过拉力滑轮后连接拉力传感器与电机，通过电机转动使钢丝绳C回收，实现对待测单腿机构施加拉力。
权 利 要 求 书1/1页CN 106768938 A
一种腿式机器人单腿性能测试实验平台
复合硅微粉技术领域
[0001]本发明涉及一种机器人腿部实验平台，具体来说，是一种腿式机器人单腿性能测试实验平台。
背景技术
[0002]腿式机器人由于需要在多样复杂的不平整环境内进行运动，相比较于轮式和履带式机器人，腿式机器人与地面的接触轨迹是一系列离散的足印，与地面的接触面积较小，在大角度斜坡的情况下行走极有可能因附着力不足发生打滑；同时在重载情况下，有可能因地面破坏足部突然下陷而发生失稳。针对腿式机器人在行走过程中可能遇到的不同复杂地形环境，不同的地形坡度以及机器人自身的承载等不同条件，因此需要进行腿式机器人单腿性能测试平台的设计，以满足腿式机器人单腿性能在这些综合条件下的实验与研究。[0003]目前，针对腿式机器人的实验平台主要有两种：一种是针对腿式机器人行走能力和性能的实验平台，如中国专利文献CN102156054A和中国专利文献CN103885446A所提到的足式机器人行走能力和双腿性能测试实验平台；另一种是针对足式机器人单腿性能实验的装置，中国专利文献CN102556197A所公开的“一种多足步行机器人单腿实验平台”，该单腿实验平台由单腿实验平台机械本体和单腿实验平台控制系统组成。该单腿实验平台可以获得实验平台的高度、步行机器人单腿在行进过程中臀部的高度变化曲线、步行机器人单腿的运动速度。但该实验平台不能实现对地形的模拟，也不能研究机器人承载对单腿的影响等多项单腿性能的实验和研究。中国专利文献CN102841602B所公开的“机器人单腿总成控制开发性能测试平台及方法”，该单腿实验平台适用于足式液压驱动机器人仿生步态生成中单腿运动与快速步态控制，以及机器人载荷分配等多项控制策略的开发与研究，但该实验平台不能实现对地形的模拟，也不能改变机器人单腿的承载来完成相关的实验与研究。
发明内容
[0004]针对上述问题，本发明提出一种腿式机器人单腿性能的测试实验平台，可实现待测试单腿机构的多自由度移动，同时通过盒子的角度调整装置实现了不同坡度和倾斜度的不同地形状态的模拟；且在试验过程可以改变外部承载并可以运用六维力传感器和拉力传感器检测出整个试验过程的受力情况；进而本发明可以在多项不同的外部条件下对单腿机构的性能进行试验和研究。
[0005]本发明腿式机器人单腿性能测试实验平台，包括机架、移动平台、升降装置和角度调整装置。所述机架顶面安装有沿空间y轴水平移动的移动平台；移动平台还安装有沿空间z轴竖直移动的升降装置；升降装置上设计有至少一个负载安装处，同时升降装置底部安装力传感器，用来连接待测单腿机构。机架底部安装有角度调整装置，为水平角度可调节的盒体，盒体内部用来盛装地形模拟材料。
薄荷棒[0006]上述移动平台由钢丝绳A牵引，钢丝绳A绕过机架上的力平衡滑轮后连接配重，实现移动平台水平摩擦力的平衡。升降装置由钢丝绳B牵引，钢丝绳B绕过移动平台上安装的
重力补偿滑轮后连接配重，实现升降架自身重力的补偿。
[0007]本发明腿式机器人单腿性能测试实验平台，还包括升降滑轮与拉力滑轮；升降滑轮安装于盒体侧壁，相对盒体的上下位置可调；拉力滑轮安装于机架顶部边缘位置，钢丝绳C与待测单腿机构相连，
绕过升降滑轮，再绕过拉力滑轮后连接拉力传感器与电机，通过电机转动使钢丝绳C回收，实现对待测单腿机构施加拉力。
[0008]本发明的优点在于：
[0009]1、本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台中，可以调整待测的单腿机构的水平方向和竖直方向的位置；同时，单腿机构位置调整的范围较大，可以适用于不同尺寸大小的单腿机构进行实验。
[0010]2、本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台中，角度调整装置中的盒体内可盛装不同种类的土壤，进而实现不同地形环境的模拟；且由于盒体的尺寸足够大，可满足消除盒子边界对待测单腿机构的影响。盒体底部采用角度调整装置，利用千斤顶可以调节盒体的水平角度，以模拟不同坡度的地形。
[0011]3、本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台中，采用水平方向力平衡装置，可以减少外界摩擦对实验的影响；同时采用了竖直方向上对升降架进行重力补偿的重力补偿装置，从而减少升降架自身重力对待测单腿机构的影响，使得单腿机构所受的外部承载完全取决于实验中升降架上的承载。
[0012]4、本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台中，采用外加杠铃片的方式可以自由改变添加在待测单腿机构的承载；且升降架底部装有一个六维力传感器，可以准确测量试验过程待测单腿机构的受力情况。
[0013]5、本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台中，通过盒体侧壁安装的升降滚轮机构，结合机架上安装的拉力滑轮，进而使钢丝绳经可升降滑轮与拉力滑轮后，将待测单腿机构、拉力传感器与外部电机或者重物相连，通过控制电机的转动或者可以在试验过程中测量待测腿受到的摩擦力情况。
附图说明
[0014]图1为本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台整体结构示意图；
[0015]图2为本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台的移动平台结构示意图；[0016]图3为本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台的锁紧装置结构示意图；[0017]图4为本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台的力平衡装置示意图；[0018]图5为本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台的升降装置结构示意图；[0019]图6为本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台的重力调节装置示意图；[0020]图7为本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台的角度调整装置结构示意图；[0021]图8为本发明腿式机器人单腿性能的测试实验平台的升降滑轮机构结构示意图。[0022]图中：
[0023]1-机架 2-移动平台 3-升降装置
[0024]4-角度调整装置 101-支撑框架 102-顶部水平框架
[0025]103-导轨 104-地脚 105-拉力滑轮
带外衰减
[0026]201-平台 202-传动装置 203-锁紧装置
[0027]204-吊环螺钉A 205-力平衡滑轮 202a-输入轴
[0028]202b-主动齿轮 202c-手轮 202d-从动齿轮
[0029]202e-输出齿轮 202f-输出轴 301-升降架
镍铬合金[0030]302-导轨 303-齿条 304-杠铃片
[0031]305-六维力传感器 306-导轨支撑座 307-吊环螺钉B
[0032]308-重力补偿滑轮 401-底座支架 402-盒体
[0033]403-盒体支撑架 404-固定台 405-升降滑轮机构
[0034]404a-升降滑轮 404b-导向轴 404c-滑轮支架
[0035]404d-调节螺母
具体实施方式
[0036]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0037]本发明腿式机器人单腿性能测试实验平台由机架1、移动平台2、升降装置3和角度调整装置4，如图1所示。
[0038]所述机架1为空心结构，采用冷轧钢板通过焊接进行搭建而成，具有两侧的支撑框架101，以及顶部水平框架102；其中顶部水平框架102左右两侧安装有沿空间y轴设置的导轨103。上述支撑框架101的端部还安装有地脚104，用于机架1的水平调节，保证顶部水平框架102的水平度。上述机架1前后边缘中部还固定安装有拉力滑轮105，如图6所示。[0039]所述移动平台2包括平台201、传动装置202、锁紧装置203与力平衡装置，如图2、图3所示。其中，平台201两侧通过滑块安装于顶部水平框架102两侧的导轨103上，使平台201可沿空间y轴方向移动。传动装置202包括输入轴202a、主动齿轮202b、手轮202c、从动齿轮202d、输出轴202e与输出齿轮202f。输入轴202a沿空间x轴设置；输入轴202a中部同轴固定套接有主动齿轮202b；输入轴202a两端分别通过轴承与平台201上表面的两个轴承支座A间连接。从动齿轮202d与输出齿轮202f位于主动齿轮前方，同轴固定套接于输出轴207中部，输出轴207两端分别通过轴承与平台201上表面的两个轴承支座B间连接；且从动齿轮202d 与主动齿轮202b啮合。上述输入轴202a两端端部还同轴安装有手轮202c，通过转动手轮202c可实现输入轴202a的转动，进而通过主动齿轮202b带动从动齿轮202d与输出齿轮202f 一并转动。上述主动齿轮202b半径大于从动齿轮202d半径，从而实现了减速和增加转矩的效果，可以实现实验过程中升降架301缓慢
移动以及减少人员转动手轮202c所需的力。[0040]锁紧装置203包括定位台203a与插销203b；同时在手轮202c周向等间隔设计开孔203c，共同实现手轮202c的固定。其中，定位台203a安装在平台201上，其上设计有定位孔，由此通过将插销203插入手轮上的开孔203c后，进一步插入定位台203a的定位孔内，即可将手轮202c固定。
[0041]力平衡装置包括吊环螺钉A204与力平衡滑轮205，如图4所示；其中，吊环螺钉A204固定于平台201后边缘中部；力平衡滑轮205轴线沿空间x轴设置，固定安装于顶部水平框架102后边缘中部。钢丝绳一端固定于吊环螺钉204上，另一端连接配重204c，且绕过力平衡滑轮205；由此实现移动平台2的水平摩擦力的平衡。
[0042]所述升降装置3包括升降架301、导轨302、齿条303、杠铃片304、六维力传感器305与重力补偿机构，如图5所示。其中，升降架301设置于平台201前部设计的缺口处，具有两侧
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