一种仿生足的足壤作用特性试验装置及试验测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种仿生足的足壤作用特性试验装置及试验测试方法，包括：台架主体；仿生足驱动单元，仿生足驱动单元设置在所述台架主体上，用于控制模拟仿生足的单腿以试验所需步态进行相应运动；土槽及模拟土壤单元，连接在台架主体侧边，用于配置相应试验环境，以模拟试验所需不同土壤环境；测控单元，设置在仿生足驱动单元上，用于采集仿生足驱动单元运动过程中相应参数，包括扭矩、角位移、角速度、角加速度、足端受力，通过数据分析对仿生足进行相应运动学分析以及动力学分析。本发明专利技术的仿生足的足壤作用特性试验装置可通过制备不同模拟土壤来模拟仿生足在不同环境下的足壤相互作用特性，可以进行多变量下的分析，提高了试验测试效率。测试效率。测试效率。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生足的足壤作用特性试验装置及试验测试方法


[0001]本专利技术涉及机器人运动学及动力学
，特别是涉及一种仿生足的足壤作用特性试验装置及试验测试方法。

技术介绍

[0002]近些年来，随着科学技术的进一步发展，人们对于未知领域的探索以及研究越来越深入，但现有的轮式以及履带式移动平台并不能满足某些极端地形的探测，因此，仿生足式机器人以其良好的运动特性以及较强的通过性成为今后的发展方向。而对于足式机器人来说，其在如沙地等松软环境下进行探测工作时，容易出现沉陷以及滑移过大从而导致其移动稳定性降低的情况。而其中，足壤相互作用的特性研究，是对其在松软环境下稳定性分析的关键所在。因此，需要对足式机器人在不同模拟土壤环境下的运动过程进行分析，从而获得四足机器人腿部运动情况以及足壤间相互作用特性，来提高其相应条件下的稳定性。
[0003]但是现如今仿生足式机器人试验台无法进行多变量(例如运动步态、土壤特性、足端形状)下的分析。即现有足式机器人测试平台测试参数简单，输入步态较少，足端种类固定，试验测试效率也不高。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种仿生足的足壤作用特性试验装置，本专利技术的仿生足的足壤作用特性试验装置可通过制备不同模拟土壤来模拟仿生足在不同环境下的足壤相互作用特性，可以进行多变量 (例如运动步态、土壤特性、足端形状)下的分析，提高了试验测试效率。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，包括：
[0008]台架主体；
[0009]仿生足驱动单元，所述仿生足驱动单元设置在所述台架主体上，用于控制模拟仿生足的单腿以试验所需步态进行相应运动；
[0010]土槽及模拟土壤单元，连接在所述台架主体侧边，用于配置相应试验环境，以模拟试验所需不同土壤环境；
[0011]测控单元，设置在所述仿生足驱动单元上，用于采集仿生足驱动单元运动过程中相应参数，包括扭矩、角位移、角速度、角加速度、足端受力，通过数据分析对仿生足进行相应运动学分析以及动力学分析；
[0012]所述台架主体用于搭载驱动单元、土槽及模拟土壤单元以及测控单元各部件。
[0013]所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，所述仿生足驱动单元包括依次连接的：髋关节驱动电机、大腿、膝关节驱动电机、小腿以及足掌，所述膝关节驱动电机同时连接所述大腿和所述小腿，所述髋关节驱动电机与所述台架主体上部连接，所述足掌置于所
述土槽及模拟土壤单元中，用以模拟仿生足的具体运动过程。
[0014]所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，所述髋关节驱动电机与所述台架主体上部通过螺栓连接；所述大腿上部与所述髋关节驱动电机通过电机转轴过盈配合，所述大腿下部与膝关节驱动电机通过电机转轴过盈配合；所述小腿上部与膝关节驱动电机通过电机转轴过盈配合。
[0015]所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，所述测控单元包括：分别设置在所述仿生足驱动单元不同位置的扭矩传感器、角位移传感器、角加速度传感器、以及与小腿连接的三维力传感器，用于采集仿生足驱动单元运动过程中扭矩参数、角位移参数、角速度参数、角加速度参数、足端受力参数，通过数据分析对仿生足进行相应运动学分析以及动力学分析。
[0016]所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，所述扭矩传感器，角位移传感器以及角加速度传感器分别设置于所述髋关节驱动电机以及膝关节驱动电机通过电机转轴配合，用于获得运动过程中关节角变化以及扭矩情况；所述三维力传感器两端通过螺纹分别与所述小腿和所述足掌相连接，用以测量运动过程中足掌受力情况。
[0017]所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，所述小腿下部与三维力传感器通过螺纹连接；所述足掌一端与三维力传感器通过螺栓连接，所述足掌另一端至于土壤箱中。
[0018]所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，所述土槽及模拟土壤单元包括：与所述台架主体通过焊接连接的有机玻璃土壤箱，以及装载在所述有机玻璃土壤箱内的模拟土壤，用以模拟试验所需不同土壤环境。
[0019]所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，所述台架主体包括机架主体，以及设置在机架主体下边的脚轮，用于支撑整个试验装置，并通过脚轮可移动。
[0020]所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其中，所述扭矩传感器包括第一扭矩传感器和第二扭矩传感器，所述角位移传感器包括第一角位移传感器和第二角位移传感器，所述角加速度传感器包括第一角加速度传感器和第二角加速度传感器；
[0021]所述第一扭矩传感器、第一角位移传感器、第一角加速度传感器均与所述髋关节驱动电机的转轴相连，用于测量运动过程中髋关节相应参数；
[0022]所述膝关节驱动电机与所述仿真小腿过盈配合；
[0023]所述第二扭矩传感器、第二角位移传感器、第二角加速度传感器均与所述膝关节驱动电机转轴相连，用于测量运动过程中膝关节相应参数。
[0024]一种如上任一项所述仿生足的足壤作用特性试验装置的试验测试方法，其中，包括以下步骤：
[0025]在所述土槽及模拟土壤单元的有机玻璃土壤箱中布置所需模拟土壤环境；
[0026]在三维力传感器下安装所需种类足垫，依次连接髋关节驱动电机、大腿、膝关节驱动电机、小腿以及足掌，并将大腿以及小腿调整至相应位置，使足掌下表面与土壤水平，同时使足掌在运动过程中可与土壤完全接触，且不会与其它部件产生干涉；
[0027]通过测控单元输入髋关节驱动电机以及膝关节驱动电机相应的运动控制参数；并控制开启测控单元进行数据采集，测控单元控制驱动单元进行运动，并在试验过程中可通过有机玻璃土壤箱观察土壤扰动情况；
[0028]并通过测控单元采集仿生足驱动单元运动过程中相应参数，包括扭矩、角位移、角
速度、角加速度、足端受力；
[0029]控制单腿运动两至三个步态周期后，停止驱动，测控系统记录相应数据，并通过数据分析对仿生足进行相应运动学分析以及动力学分析。
[0030]与现有技术相比，本专利技术公开了一种仿生足的足壤作用特性试验装置，可测量不同模拟土壤环境，不同步态下机器人运动情况以及足壤相互作用情况，并通过所得数据对其进行运动学以及足壤相互作用分析。通过测量髋关节以及膝关节角位移，结合单腿结构参数可得其在不同环境下的运动学特征以及受力情况。同时，通过测量髋关节以及膝关节角速度、角加速度以及足端受力，可分析足式机器人动力学特征。由于髋关节驱动电机以及膝关节驱动电机均单独驱动，因此，可模拟多种不同步态进行分析。该试验装置具有可模拟步态多，更换试验环境简便，可测变量多的特点，并提高了试验测试效率。并具本专利技术具有如下优点：
[0031]1)、使用两组驱动电机，使髋关节以及膝关节具有独立驱动，该种驱动方式可模拟足式机器人不同步态，提高试验台适用范围。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生足的足壤作用特性试验装置，其特征在于，包括：台架主体；仿生足驱动单元，所述仿生足驱动单元设置在所述台架主体上，用于控制模拟仿生足的单腿以试验所需步态进行相应运动；土槽及模拟土壤单元，连接在所述台架主体侧边，用于配置相应试验环境，以模拟试验所需不同土壤环境；测控单元，设置在所述仿生足驱动单元上，用于采集仿生足驱动单元运动过程中相应参数，包括扭矩、角位移、角速度、角加速度、足端受力，通过数据分析对仿生足进行相应运动学分析以及动力学分析；所述台架主体用于搭载驱动单元、土槽及模拟土壤单元以及测控单元各部件。2.根据权利要求1所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其特征在于，所述仿生足驱动单元包括依次连接的：髋关节驱动电机、大腿、膝关节驱动电机、小腿以及足掌，所述膝关节驱动电机同时连接所述大腿和所述小腿，所述髋关节驱动电机与所述台架主体上部连接，所述足掌置于所述土槽及模拟土壤单元中，用以模拟仿生足的具体运动过程。3.根据权利要求2所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其特征在于，所述髋关节驱动电机与所述台架主体上部通过螺栓连接；所述大腿上部与所述髋关节驱动电机通过电机转轴过盈配合，所述大腿下部与膝关节驱动电机通过电机转轴过盈配合；所述小腿上部与膝关节驱动电机通过电机转轴过盈配合。4.根据权利要求3所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其特征在于，所述测控单元包括：分别设置在所述仿生足驱动单元不同位置的扭矩传感器、角位移传感器、角加速度传感器、以及与小腿连接的三维力传感器，用于采集仿生足驱动单元运动过程中扭矩参数、角位移参数、角速度参数、角加速度参数、足端受力参数，通过数据分析对仿生足进行相应运动学分析以及动力学分析。5.根据权利要求4所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其特征在于，所述扭矩传感器，角位移传感器以及角加速度传感器分别设置于所述髋关节驱动电机以及膝关节驱动电机通过电机转轴配合，用于获得运动过程中关节角变化以及扭矩情况；所述三维力传感器两端通过螺纹分别与所述小腿和所述足掌相连接，用以测量运动过程中足掌受力情况。6.根据权利要求4所述的仿生足的足壤作用特性试验装置，其特征在于，所述小腿下部与三...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹猛，陈朕，陈力宁，宋祥文，韩娜，孙浩，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：