检测全向球轮动力特性的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种检测全向球轮动力特性的装置，包括三个斜向支撑在球形机器人外球壳下部的动力特性检测机构，外球壳通过全向轮机构驱动全向旋转，三个动力特性检测机构的轴线向上延长交汇于外球壳的球心且三个动力特性检测机构的轴线两两正交，各动力特性检测机构包括同轴安装于轴向伸缩组件上的六维力传感器，六维力传感器上同轴安装有可充气的气囊体，轴向伸缩组件安装于支撑块上，支撑块通过径向滑动副安装于支撑台上并锁紧在支撑位置，于支撑位置，轴向伸缩组件通过六维力传感器将充气后的气囊体紧密接触于外球壳上；各六维力传感器测出其全力信息，建立起其与外球壳球心坐标系的联系，引入旋转变换矩阵后进行简化计算。

A device for testing the dynamic characteristics of omnidirectional ball wheel

【技术实现步骤摘要】
检测全向球轮动力特性的装置
本技术涉及运动部件特性检测，具体为一种检测全向球轮动力特性的装置。
技术介绍
四轮汽车是人们日常生活广泛使用的交通工具，常见的汽车车轮往往只能绕与车轮平面垂直的转轴回转，因此通常不能实现横移，这容易限制汽车停车入库和快速避险等的灵活性。全向轮球形机器人具有体积小巧、轻便灵活等特点，是一种可以全方位自由行走的滚动机器人机构，可以为汽车车轮设计提供思路。申请号为201621419401.1为《球形机器人外球运动测试装置》的技术专利公开了一种通过增量式光电编码器等测控部件对外球壳的运动参数进行测量，从而检测出球形机器人外球的运动参数(转动方向、转动角度和转动速度)。该装置有助于检测球形机器人的运动参数，通过检测的数据反馈出受控系统的状态进而调整控制参数，更好的控制外球的运动。然而，该技术专利只能检测球形机器人外球的运动学参数，而对球形机器人外球提供力和力矩等动力学参数却无法测量。从目前的技术设备看，缺乏相关的动力学特性检测，尚且没有专门的测试装置可以完成上述工作，这在一定程度上限制了全向球轮研究的发展。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术所要解决的技术问题是提出了一种建立并验证球形机器人外球壳动力学特性与驱动机构之间关系的检测全向球轮动力特性的装置。能够解决上述技术问题的检测全向球轮动力特性的装置，其技术方案包括三个斜向支撑在球形机器人外球壳下部的动力特性检测机构，所述外球壳通过全向轮机构驱动全向旋转，三个动力特性检测机构的轴线向上延长交汇于外球壳的球心且三个动力特性检测机构的轴线两两正交，所不同的是各动力特性检测机构包括同轴安装于轴向伸缩组件上的六维力传感器，所述六维力传感器上同轴安装有可充气的气囊体，所述轴向伸缩组件安装于支撑块上，所述支撑块通过径向滑动副安装于支撑台上并锁紧在支撑位置，于支撑位置，所述轴向伸缩组件通过六维力传感器将充气后的气囊体紧密接触于外球壳上。所述轴向伸缩组件的一种结构包括U型架和设于U型架内的丝杆，所述U型架通过轴向滑动副安装于底板上，所述底板安装于支撑块上，所述六维力传感器安装于U型架的上端，U型架内的上部设有固装于底板的丝杆座板，U型架内的下部设有与架体连接的螺母座，所述丝杆的上端安装于丝杆座板上，丝杆的杆体旋合于螺母座，U型架下端外的支撑块上设有步进电机，所述步进电机的转轴通过联轴器连接丝杆的下端。进一步，所述外球壳通过球形笼架安装于汽车底盘的底部，所述全向轮机构设于外球壳内部的内球壳上。本技术的有益效果：1、本技术检测全向球轮动力特性的装置通过建立空间直角坐标系以及力学特性的简化计算，可方便测量球形机器人外球壳的动力学参数。2、本技术解决了球形机器人外球壳不方便直接测量其动力学特性的问题，可以为不同尺寸大小的球形机器人外球壳的全力信息提供检测参数，从而更好的调试球形机器人，提高实际工作中球形机器人运行的适用范围和灵敏度。附图说明图1为本技术一种实施方式的轴测图。图2为图1实施方式中摘除外球壳后的结构示意图。图3为图1实施方式中动力特性检测机构的结构示意图。图4为图1实施方式中的支撑块于支撑台上的安装示意图。图5为图1实施方式中动力特性检测机构以及牛眼轮对外球壳的支撑作用受力简图。图6(a)为图1实施方式中建立的坐标系简图。图6(b)为图6(a)中的A向视图。图7为图1实施方式中六维力传感器的坐标示意图。图号标识：1、外球壳；2、动力特性检测机构；3、六维力传感器；4、气囊体；5、支撑块；6、支撑台；7、U型架；8、底板；9、丝杆座板；10、螺母座；11、步进电机；12、丝杆；13、球形笼架；14、全向轮驱动机构；15、汽车底盘；16、内球壳；17、牛眼轮；18、球外电磁铁；19、球内电磁铁19；20、径向滑动副；21、内球架。具体实施方式下面结合附图所示实施方式对本技术的技术方案作进一步说明。本技术检测全向球轮动力特性的装置，包括斜向支撑在球形机器人的外球壳1下部的三个动力特性检测机构2，三个动力特性检测机构2围绕过外球壳1球心的垂线圆周均布设置于支撑台6上，三个动力特性检测机构2的轴线向上延长交汇于外球壳1的球心(O点)且三个动力特性检测机构2的轴线两两正交以消除产生力矩影响，所述外球壳1通过球形笼架13(半包围于外球壳1的中上部)安装于汽车底盘15的底部，外球壳1内同球心设有内球壳16(上半壳体)，所述球形笼架13与内球壳16之间均布的牛眼轮17限位外球壳1，外球壳1顶部上方的汽车底盘15底部设有安装在球外十字轴上的球外电磁铁18(通电线圈形式)(方向向下)，所述内球壳16内的内球架21上居中设有安装在球内十字轴上的球内电磁铁19(方向向上与球外电磁铁18正对)，所述内球架21上还设有作用在外球壳1下部球内壳上的三个全向轮驱动机构14(圆周均布)，在三个全向轮驱动机构14的联合驱动下可实现外球壳1的全向旋转，如图1、图2、图5所示。各动力特性检测机构2包括气囊体4、六维力传感器3和轴向伸缩组件，所述轴向伸缩组件包括U型架7、丝杆螺母传动副(包括丝杆12和螺母座10)和步进电机11，所述U型架7通过轴向滑动副安装于底板8上，所述底板8固装于支撑块5斜端面的中上部，所述步进电机11固装于支撑块5斜端面的下部，所述支撑块5通过径向滑动副20安装锁紧在支撑台6上，所述螺母座10固装于U型架7的下端口，所述丝杆12(与对应的动力特性检测机构2同轴线)旋合于螺母座10，丝杆12的下端通过联轴器连接步进电机11的转轴，丝杆12的上端安装于底板8上的丝杆座板9上，所述丝杆座板9处于U型架7内，U型架7的底部开设有轴向槽以避开丝杆座板9与底板8的连接部位，所述六维力传感器3的下端同轴安装于U型架7的上端，所述气囊体4同轴安装于六维力传感器3的上端，如图1、图3、图4、图5所示。根据外球壳1的直径大小而调节好三个支撑块5的径向位置并锁紧，同步启动三个步进电机11带动三根丝杆12旋转，三个螺母座10沿对应丝杆12运动带动对应U型架7斜向上方运行而将三个气囊体4同步调节到合适位置，同步对各气囊体4进行充气使之紧密接触在外球壳1下部的外壳面上，三个气囊体4紧密接触的松紧程度为使外球壳1刚好处于不转的临界状态，如图1、图5所示。所述六维力传感器3可同时检测三维空间(笛卡尔坐标系)的全力信息，即三个力分量和三个力矩分量，如图7所示，可得到一个向量L＝(Fx,Fy,Fz,Mx,My,Mz)T。将六维力传感器3所测得的全力信息向球心O简化计算，具体方案为：步骤1：建立坐标系由于三个六维力传感器3各自坐标系方向不尽相同，所测得的全力信息在简化时各矢量需在同一坐标系下计算，则需建立坐标系后通过相应的旋转变换实现，如图6(a)所示为相应的坐标系，其中O1，O2，O3点为三个六维力传感器3的作用点，它们的Z轴始终指向球心点O(如图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.检测全向球轮动力特性的装置，包括三个斜向支撑在球形机器人外球壳(1)下部的动力特性检测机构(2)，所述外球壳(1)通过全向轮机构(14)驱动全向旋转，三个动力特性检测机构(2)的轴线向上延长交汇于外球壳(1)的球心且三个动力特性检测机构(2)的轴线两两正交，其特征在于：各动力特性检测机构(2)包括同轴安装于轴向伸缩组件上的六维力传感器(3)，所述六维力传感器(3)上同轴安装有可充气的气囊体(4)，所述轴向伸缩组件安装于支撑块(5)上，所述支撑块(5)通过径向滑动副安装于支撑台(6)上并锁紧在支撑位置，于支撑位置，所述轴向伸缩组件通过六维力传感器(3)将充气后的气囊体(4)紧密接触于外球壳(1)上。/n

【技术特征摘要】
1.检测全向球轮动力特性的装置，包括三个斜向支撑在球形机器人外球壳(1)下部的动力特性检测机构(2)，所述外球壳(1)通过全向轮机构(14)驱动全向旋转，三个动力特性检测机构(2)的轴线向上延长交汇于外球壳(1)的球心且三个动力特性检测机构(2)的轴线两两正交，其特征在于：各动力特性检测机构(2)包括同轴安装于轴向伸缩组件上的六维力传感器(3)，所述六维力传感器(3)上同轴安装有可充气的气囊体(4)，所述轴向伸缩组件安装于支撑块(5)上，所述支撑块(5)通过径向滑动副安装于支撑台(6)上并锁紧在支撑位置，于支撑位置，所述轴向伸缩组件通过六维力传感器(3)将充气后的气囊体(4)紧密接触于外球壳(1)上。


2.根据权利要求1所述的检测全向球轮动力特性的装置，其特征在于：所述轴向伸缩组件包...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄用华，高振宇，庄未，张瑞欣，章坤，黄美发，钟艳如，唐荣江，钟永全，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：广西;45