一种轮式移动机器人的地面应力分布测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种轮式移动机器人的地面应力分布测量系统及方法，主要包含一个三维力传感器、一组连接法兰、一个接触部件及配套夹具构成的内嵌式地面应力测量系统，采用如下方式：首先，利用地面应力测量系统测量车轮圆周方向上的一维正应力分布；叠加10个在车轮宽度方向的一维正应力分布，获得二维的正应力分布；建立基于高阶多项式回归的正应力分布模型，画出完整的二维应力分布情况。本发明专利技术提供的应力分布测量系统及方法，设备简单、方法有效，能准确获取客观、合理的车轮‑地面应力分布规律，为分析移动机器人的轮‑地相互作用、轮式机构的运动学特征、动力性和地面通过能力等提供了一种重要手段。

A Ground Stress Distribution Measurement System and Method for Wheeled Mobile Robot

The invention discloses a ground stress distribution measurement system and method for a wheeled mobile robot, which mainly comprises an embedded ground stress measurement system consisting of a three-dimensional force sensor, a group of connecting flanges, a contact component and a matching fixture. The system adopts the following ways: firstly, the ground stress measurement system is used to measure the one-dimensional normal stress distribution in the circumferential direction of the wheel; A one-dimensional normal stress distribution in the direction of wheel width is obtained, and a two-dimensional normal stress distribution model based on higher-order polynomial regression is established to draw a complete two-dimensional stress distribution. The stress distribution measuring system and method provided by the invention are simple in equipment and effective in method, and can accurately acquire objective and reasonable stress distribution law of wheel and ground. It provides an important means for analyzing wheel-ground interaction of mobile robot, kinematic characteristics of wheel mechanism, dynamic performance and ground passing ability, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种轮式移动机器人的地面应力分布测量系统及方法
本专利技术属于轮式移动机器人测控
，尤其涉及一种轮式机器人的车轮-地面应力分布测量领域。
技术介绍
轮式移动机器人在代理人类从事危险作业、星球探测以及野外巡检等工作中越来越受到人们的关注。轮式移动机器人的车轮在土壤上行驶时，由于土壤颗粒受力发生变形流动，车轮容易发生滑移、沉陷等问题，将严重阻碍移动机器人的正常行驶。根据车辆地面力学的研究，轮式机器人运动是车轮与地面相互作用的结果，行驶状态下车轮作用于地面的应力分布关系决定了机器人是否产生滑移、沉陷等，因此，获得其地面应力分布数据对有效估算轮式机器人的动力性及地面通过能力至关重要。车辆地面力学模型已经被相关学者在20世纪60年代所提出，由于受技术手段制约，车轮与地面接触应力分布直接测量还难以实现，方式采用土壤地面力学模型来估计车轮与地面接触应力分布情况；现有的技术手段中，主要采用外嵌式或外部的手段来检测车轮-地面之间的应力及分布关系，包括利用视觉图像测量车轮或轮胎印迹的方法、利用地面内埋入压力传感器方式、利用车轮/轮胎表面布置的阵列应变片或导电环等。这些方法在实际应用中仍存在很多不足本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轮式移动机器人的地面应力分布测量系统，轮式移动机器人的车轮结构包括轮圈和轮辋，其特征在于，所述测量系统包含三维力传感器、连接法兰、接触部件及配套夹具；所述述三维力传感器连接于一对上、下连接法兰，所述上连接法兰连接于轮辋上，所述下连接法兰连接于接触部件及其配套夹具，接触部件与轮圈紧密接触。

【技术特征摘要】
1.一种轮式移动机器人的地面应力分布测量系统，轮式移动机器人的车轮结构包括轮圈和轮辋，其特征在于，所述测量系统包含三维力传感器、连接法兰、接触部件及配套夹具；所述述三维力传感器连接于一对上、下连接法兰，所述上连接法兰连接于轮辋上，所述下连接法兰连接于接触部件及其配套夹具，接触部件与轮圈紧密接触。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述三维力传感器通过螺栓连接于一对上、下连接法兰。3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述上连接法兰焊接于轮辋上。4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述下连接法兰螺栓连接于接触部件及其配套夹具。5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述三维力传感器选用德国ME公司的K3D60三维力传感器。6.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述接触部件上开有一对供安装的螺纹孔一，所述配套夹具包括一对对称夹具，所述对称夹具上各开有10个相应的螺纹孔二，螺纹孔二将车轮宽度等分为10份，使得接触部件能够沿车轮宽度方向进行位置调整，实现沿轮宽方向其他位置的一维正应力分布测量。7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述接触部件的凸起处与车轮轮圈的实际接触区域为2.5mm×10.5mm，接触部件的凸起位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯李航，潘志强，陈伟，朱文俊，赵勇焜，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32