專利名稱：腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)動器性能測試平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種一體化液壓伺服單元性能測試設(shè)備，尤其是一種腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)動器性能測試平臺。
背景技術(shù)：
目前，BigDog的巨大成功在國際機(jī)器人界引起了極大轟動，包括我國在內(nèi)的多個(gè)國家快速提出了相關(guān)科技計(jì)劃，掀起了高性能液壓驅(qū)動仿生機(jī)器人的研究熱潮，并已研制出多臺機(jī)器人樣機(jī)。足式移動機(jī)器人具有適應(yīng)復(fù)雜地形、運(yùn)動靈活和越障能力強(qiáng)等方面的巨大優(yōu)勢，在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的軍事-民用物質(zhì)運(yùn)輸、野外勘探和探險(xiǎn)、救援救災(zāi)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，高性能液壓驅(qū)動足式機(jī)器人的任何部件、任何單元的缺陷都有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的問題，需要在裝配、集成之前對關(guān)鍵部件、關(guān)鍵單元的性能、品質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格的測試。傳統(tǒng)的傳感器標(biāo)定只是靜態(tài)標(biāo)定，根據(jù)商家提供的標(biāo)定報(bào)告，只能獲得位移傳感器和力傳感器的靜態(tài)參數(shù)。目前還沒有針對裝配完成的足式機(jī)器人液壓伺服驅(qū)動器性能測試的平臺。隨著液壓驅(qū)動足式機(jī)器人技術(shù)的逐步成熟和機(jī)器人制造業(yè)的迅猛發(fā)展，目前迫切需要一種用于裝配完成的足式機(jī)器人液壓伺服驅(qū)動器性能測試的平臺，滿足機(jī)器人對液壓驅(qū)動裝置高速響應(yīng)特性的特殊要求。中國專利申請CN102841602A公開了一種機(jī)器人單腿總成控制開發(fā)性能測試平臺及方法，該平臺包括門式三坐標(biāo)機(jī)械臂總成、機(jī)器人腿連接支架、Stewart平臺、六維力傳感器、機(jī)器人單腿總成、五維測力平臺；所述Stewart平臺內(nèi)部集成伺服控制器、位移傳感器；Stewart平臺倒置安裝在機(jī)器人腿支架的底座上，機(jī)器人單腿總成下方為中心的地面上安裝五維測力平臺，機(jī)器人腿連接支架通過機(jī)器人腿連接支架固定在門式三坐標(biāo)機(jī)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(fā)性能測試平臺主要用于足式機(jī)器人仿生步態(tài)生成中單腿運(yùn)動與快速步態(tài)控制，以及機(jī)器人載荷分配、控制力分配、單腿力反饋控制、“離散步態(tài)+連續(xù)力控制”姿態(tài)穩(wěn)定控制等多項(xiàng)控制策略的開發(fā)與研究。控制策略可以施加給機(jī)器人系統(tǒng)的前提是液壓伺服驅(qū)動器可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且運(yùn)動特性已知，但是該測試平臺本身不能用于腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)動器性能測試。中國專利申請CN102840959A公開了 一種機(jī)器人單腿沖擊控制實(shí)驗(yàn)平臺，它包括一個(gè)集成控制器、一個(gè)機(jī)器人腿提升裝置、一個(gè)試驗(yàn)臺支架、靜態(tài)加載裝置、一個(gè)六維力傳感器、一個(gè)五維力測力平臺；所述試驗(yàn)臺支架包括試驗(yàn)臺支架底座和試驗(yàn)臺支架立柱；其中，所述集成控制器固定在試驗(yàn)臺支架底座上，所述機(jī)器人腿提升裝置固定在試驗(yàn)臺支架上，所述靜態(tài)加載裝置固定在機(jī)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(jī)器人軀干之間，所述五維測力平臺固定在六維力傳感器下方的地面上。該單腿沖擊控制實(shí)驗(yàn)臺，適用于腿足式機(jī)器人在短時(shí)大沖擊力作用下單腿的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試、液壓系統(tǒng)可靠性測試、不同恒定負(fù)載下單腿彈跳運(yùn)動的動態(tài)響應(yīng)特性測試，單腿力反饋控制等多項(xiàng)控制策略的開發(fā)與研究。機(jī)器人單腿彈跳運(yùn)動的動態(tài)響應(yīng)特性測試的前提是機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)動器的動態(tài)性能已知，但是該測試平臺本身不能測定腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)動器的動態(tài)性能，并且目前還沒有針對裝配完成的足式機(jī)器人液壓伺服驅(qū)動器性能測試的平臺。中國專利申請CN102830699A公開了一種機(jī)器人單關(guān)節(jié)液壓力及位置控制實(shí)驗(yàn)平臺，它包括懸臂支架、第一液壓伺服驅(qū)動單元、力矩電機(jī)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(jī)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(jī)輸出軸連接，擺動單元及套筒串聯(lián)在力矩電機(jī)的輸出軸上，第一液壓伺服驅(qū)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(jī)器人單關(guān)節(jié)液壓力及位置控制實(shí)驗(yàn)平臺適用于機(jī)器人關(guān)節(jié)控制方法的開發(fā)與測試，可以模擬機(jī)器人操作臂不同位形下的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動慣量的變化。這些都要求液壓伺服驅(qū)動器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且運(yùn)動特性已知。而該實(shí)驗(yàn)平臺本身不能測定腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)動器的性能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)動器性能測試平臺，該平臺用于測試裝配完成的一體化液壓伺服驅(qū)動器的頻率響應(yīng)，速度控制性能，動態(tài)力控制性能和動態(tài)位置控制性能，平臺結(jié)構(gòu)簡單，緊湊、使用方便，較快獲得一體化液壓驅(qū)動器的動態(tài)性能參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:一種腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)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(shè)有豎直向上凸起的測試臺側(cè)面支耳，測試臺支撐底座上部固定安裝有平行設(shè)置的直線導(dǎo)軌和磁致伸縮位移傳感器，直線導(dǎo)軌一端緊靠在測試臺側(cè)面支耳側(cè)面上，直線導(dǎo)軌上卡有若干能沿其移動的滑塊，滑塊上固定有質(zhì)量塊。所述測試臺側(cè)面支耳上開有第一卡槽，第一卡槽兩側(cè)設(shè)有通孔。所述直線導(dǎo)軌的端面呈工字型。所述滑塊設(shè)有兩個(gè)，每個(gè)滑塊的上表面均為平面，其上設(shè)有若干螺紋孔。所述質(zhì)量塊上設(shè)有若干與滑塊上的螺紋孔相對應(yīng)的孔。所述質(zhì)量塊的一端設(shè)有第一支耳，質(zhì)量塊下表面一側(cè)設(shè)有能夠套在磁致伸縮位移傳感器的伸縮桿上的第二支耳。所述第一支耳上設(shè)有第二卡槽，第二卡槽的兩側(cè)設(shè)有連接孔。使用時(shí)，將本實(shí)用新型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臺上(工作臺與水平面的夾角Θ已知)。直線導(dǎo)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(dǎo)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(zhì)量塊第二支耳相連。質(zhì)量塊固定在直線導(dǎo)軌配套的兩個(gè)滑塊上，滑塊的質(zhì)量及滑塊與直線導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)變化曲線已知。一體化液壓伺服驅(qū)動器的油缸與測試臺的側(cè)面支耳相連，活塞桿與質(zhì)量塊第一支耳相連。一體化液壓伺服驅(qū)動器包括，一個(gè)活塞桿，一個(gè)力傳感器，一個(gè)線位移傳感器，一個(gè)電液伺服閥，一個(gè)液壓缸。其為現(xiàn)有機(jī)構(gòu)，不再贅述。磁致伸縮位移傳感器是利用兩個(gè)不同磁場相交時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變脈沖信號被檢測到的時(shí)間來計(jì)算出磁場相交點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。一個(gè)磁場來自傳感器電子倉的電子部件所產(chǎn)生的脈沖激勵，該激勵脈沖產(chǎn)生的磁場沿著傳感器測桿內(nèi)用高磁致伸縮材料制成的波導(dǎo)絲以光速自電子倉端向尾端前進(jìn)，當(dāng)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(shí)，由于磁致伸縮現(xiàn)象，波導(dǎo)絲在相交點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)機(jī)械應(yīng)變脈沖，并以聲速從此點(diǎn)經(jīng)波導(dǎo)絲向電子倉端回傳，該應(yīng)變脈沖被電子倉中的檢測電路探測到。因此，從發(fā)射一個(gè)主動脈沖波到接收到一個(gè)應(yīng)變脈沖波，這之間的時(shí)間就是聲速在波導(dǎo)絲中傳遞的時(shí)間(此處已忽略了主動波運(yùn)行的時(shí)間，實(shí)際影響只有0.0001%),已知聲速(固定量為3000m/s)和傳遞時(shí)間，這一距離就當(dāng)然確定了。當(dāng)永磁鐵運(yùn)動至新的位置時(shí)，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(yīng)、低遲滯、高可靠性、非接觸、壽命長、穩(wěn)定性高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，無須重新標(biāo)定，無須定期維護(hù)，因而被精確測量領(lǐng)域廣泛采用。本實(shí)用新型使用磁致伸縮高精度位移傳感器以高采樣頻率測量質(zhì)量塊的位移，標(biāo)定一體化液壓伺服驅(qū)動器的線位移傳感器；根據(jù)磁致伸縮高精度位移傳感器輸出的位移變化信息，計(jì)算質(zhì)量塊速度、加速度，計(jì)算獲得一體化液壓驅(qū)動器的動態(tài)性能參數(shù)。一體化液壓伺服驅(qū)動器在伺服控制系統(tǒng)的控制下進(jìn)行位移跟蹤閉環(huán)，力閉環(huán)運(yùn)動。提取磁致伸縮高精度位移傳感器、一體化液壓伺服驅(qū)動器的線位移傳感器、力傳感器信息，可以測試液壓伺服驅(qū)動器的頻率相應(yīng)特性、速度控制特性、動態(tài)力控制特性和位置控制特性。本實(shí)用新型的有益效果:(I)本實(shí)用新型提出的一體化液壓伺服驅(qū)動器測試平臺結(jié)構(gòu)簡單，緊湊、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。(2)本實(shí)用新型是用磁致伸縮高精度位移傳感器，標(biāo)定一體化液壓伺服驅(qū)動器的線位移傳感器，并根據(jù)磁致伸縮高精度的位移傳感器輸出的位移變化信息，計(jì)算質(zhì)量塊的速度、加速度，計(jì)算獲得一體化液壓驅(qū)動器的動態(tài)性能參數(shù)。

圖1為一體化液壓伺服驅(qū)動器性能測試平臺示意圖；圖2為一體化液壓伺服驅(qū)動器測試臺本體示意圖；圖3為質(zhì)量塊示意圖；圖4為一體化液壓伺服驅(qū)動器示意圖。圖中:1.質(zhì)量塊，2.—體化液壓伺服驅(qū)動器，3.測試臺本體，4.直線導(dǎo)軌，5.滑塊，6.測試臺側(cè)面支耳，7.測試臺支撐底座，8.磁致伸縮位移傳感器，9.質(zhì)量塊第一支耳，10.質(zhì)量塊第二支耳，11.螺紋孔，12.力傳感器，13.活塞桿，14.線位移傳感器，15.電液伺服閥，16.液壓缸。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。如圖1所示，足式機(jī)器人液壓伺服驅(qū)動器性能測試平臺包括，一個(gè)已知質(zhì)量的質(zhì)量塊I, 一個(gè)一體化液壓驅(qū)動單元2，一個(gè)測試臺本體3。如圖2所示，一個(gè)測試臺本體3包括，一個(gè)直線導(dǎo)軌4，兩個(gè)滑塊5，一個(gè)測試臺支撐底座7、一個(gè)測試臺側(cè)面支耳6，一個(gè)高精度磁致伸縮位移傳感器8。測試臺支撐底座7 —端設(shè)有豎直向上凸起的測試臺側(cè)面支耳6，測試臺支撐底座7上部固定安裝有平行設(shè)置的直線導(dǎo)軌4和磁致伸縮位移傳感器8，直線導(dǎo)軌4 一端緊靠在測試臺側(cè)面支耳6側(cè)面上，直線導(dǎo)軌4上卡有若干能沿其移動的滑塊5，滑塊5上固定有質(zhì)量塊I。測試臺側(cè)面支耳6上開有第一卡槽，第一卡槽兩側(cè)設(shè)有通孔。直線導(dǎo)軌4的端面呈工字型。每個(gè)滑塊5的上表面均為平面，其上設(shè)有若干螺紋孔。如圖3所示，質(zhì)量塊I包含第一支耳9，第二支耳10，八個(gè)與滑塊上的螺紋孔相對應(yīng)螺紋孔11。質(zhì)量塊I的一端設(shè)有第一支耳9,質(zhì)量塊I下表面一側(cè)設(shè)有能夠套在磁致伸縮位移傳感器8的伸縮桿上的第二支耳10。第一支耳上8設(shè)有第二卡槽，第二卡槽的兩側(cè)設(shè)有連接孔。如圖4所不,一體化液壓伺服驅(qū)動器2包括,一個(gè)活塞桿13,—個(gè)力傳感器12, —個(gè)線位移傳感器14，一個(gè)電液伺服閥15，一個(gè)液壓缸16。其為現(xiàn)有機(jī)構(gòu)，在此不再贅述。應(yīng)用時(shí)，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臺上(工作臺與水平面的夾角Θ已知)。直線導(dǎo)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(dǎo)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(zhì)量塊第二支耳相連10。質(zhì)量塊I固定在直線導(dǎo)軌配套的兩個(gè)滑塊上5，滑塊5的質(zhì)量及滑塊5與直線導(dǎo)軌4之間的摩擦系數(shù)變化曲線已知。一體化液壓伺服驅(qū)動器2的油缸16與測試臺側(cè)面支耳6相連，活塞桿13與質(zhì)量塊第一支耳9相連。本實(shí)用新型使用磁致伸縮高精度位移傳感器8以高采樣頻率測量質(zhì)量塊I的位移，標(biāo)定一體化液壓伺服驅(qū)動器的線位移傳感器14 ;根據(jù)磁致伸縮高精度位移傳感器8輸出的位移變化信息，計(jì)算質(zhì)量塊I速度、加速度，計(jì)算獲得一體化液壓驅(qū)動器2的動態(tài)性能參數(shù)。一體化液壓伺服驅(qū)動器2在伺服控制系統(tǒng)的控制下進(jìn)行位移跟蹤閉環(huán)，力閉環(huán)運(yùn)動。提取磁致伸縮高精度位移傳感器8、一體化液壓伺服驅(qū)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(qū)動器2的頻率相應(yīng)特性、速度控制特性、動態(tài)力控制特性和位置控制特性。上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)動器性能測試平臺，其特征是，包括測試臺支撐底座，測試臺支撐底座一端設(shè)有豎直向上凸起的測試臺側(cè)面支耳，測試臺支撐底座上部固定安裝有平行設(shè)置的直線導(dǎo)軌和磁致伸縮位移傳感器，直線導(dǎo)軌一端緊靠在測試臺側(cè)面支耳側(cè)面上，直線導(dǎo)軌上卡有若干能沿其移動的滑塊，滑塊上固定有質(zhì)量塊。
2.如權(quán)利要求1所述的平臺，其特征是，所述測試臺側(cè)面支耳上開有第一卡槽，第一卡槽兩側(cè)設(shè)有通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的平臺，其特征是，所述直線導(dǎo)軌的端面呈工字型。
4.如權(quán)利要求1所述的平臺，其特征是，所述滑塊設(shè)有兩個(gè)，每個(gè)滑塊的上表面均為平面，其上設(shè)有若干螺紋孔。
5.如權(quán)利要求4所述的平臺，其特征是，所述質(zhì)量塊上設(shè)有若干與滑塊上的螺紋孔相對應(yīng)的孔。
6.如權(quán)利要求1所述的平臺，其特征是，所述質(zhì)量塊的一端設(shè)有第一支耳，質(zhì)量塊下表面一側(cè)設(shè)有能夠套在磁致伸縮位移傳感器的伸縮桿上的第二支耳。
7.如權(quán)利要求6所述的平臺，其特征是，所述第一支耳上設(shè)有第二卡槽，第二卡槽的兩側(cè)設(shè)有連接孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種腿足式機(jī)器人一體化液壓伺服驅(qū)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(shè)有豎直向上凸起的測試臺側(cè)面支耳，測試臺支撐底座上部固定安裝有平行設(shè)置的直線導(dǎo)軌和磁致伸縮位移傳感器，直線導(dǎo)軌一端緊靠在測試臺側(cè)面支耳側(cè)面上，直線導(dǎo)軌上卡有若干能沿其移動的滑塊，滑塊上固定有質(zhì)量塊。該平臺用于測試裝配完成的一體化液壓伺服驅(qū)動器的頻率響應(yīng)，速度控制性能，動態(tài)力控制性能和動態(tài)位置控制性能，平臺結(jié)構(gòu)簡單，緊湊、使用方便，較快獲得一體化液壓驅(qū)動器的動態(tài)性能參數(shù)。
文檔編號G05B23/02GK203054594SQ201320059948
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者阮久宏, 榮學(xué)文, 李貽斌, 王海燕, 楊福廣 申請人:山東交通學(xué)院