一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统

摘要

本发明公开了一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统，该测试系统由关节内力测试平台、采集卡和关节内力测试模块组成。该关节内力测试平台由动工作台(1)、静工作台(2)、铝型材(3)、传感器基座(4)和压力传感器(7)组成。当爬壁蠕虫式机器人在关节内力测试平台上运行时，通过压力传感器来采集关节内力信息Ain，采集卡转换处理后输出数字关节内力信息Din，最后由关节内力测试模块对数字关节内力信息Din进行处理得到关节内力合力信息Fout。为了测量该关节内力合力信息Fout而设计的关节内力测试平台，该平台通过动静两个工作台与弹簧的配合使用，消除了机械摩擦对压力传感器测量值的影响，使得测量得到的关节内力信息Ain能更加真实地表达爬壁蠕虫式机器人中各个吸附关节的内力合力。

权利要求

1.一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统，该测试系统由关节内力测试平台、采集卡和关节内力测试模块组成；

该采集卡将接收到的关节内力信息Ain经预处理后输出数字关节内力信息Din给关节内力测试模块；

该关节内力测试模块包括有硬件和软件两部分；硬件部分是指一安装有Windows2000/2003/XP操作系统的计算机，软件部分是指依据Labview 8.0的图形化编程语言进行编程具有获得关节内力数字信息处理能力的程序，该程序存储在计算机的存储器中；

其特征在于：该关节内力测试平台由动工作台(1)、静工作台(2)、铝型材(3)、传感器基座(4)和压力传感器(7)组成；

动工作台(1)包括有预紧力调节组件(11)、B调节座(12)、C调节座(13)、A玻璃板(14)、导轨座(15)、导轨(16)和滑块(17)；该预紧力调节组件(11)由A调节座(114)、螺栓(111)、螺母(112)和弹簧(113)组成；

A调节座(114)、B调节座(12)和C调节座(13)的外形为“L”形；

A玻璃板(14)的两端安装在B调节座(12)、C调节座(13)上，A玻璃板(14)的底部安装有滑块(17)，A玻璃板(14)的上部吸附有A吸盘(5)；

滑块(17)的底部设有卡槽(171)，该卡槽(171)与导轨(16)配合，使滑块(17)在导轨(16)上滑动；

导轨座(15)的中心部位设有凹槽(151)，该凹槽(151)内安装有导轨(16)；

A调节座(114)为一体成型件；A调节座(114)的侧面板(114a)上设有B螺纹孔(114b)，该B螺纹孔(114b)用于螺纹连接螺栓(111)的螺纹段(111a)，实现螺栓(111)安装在A调节座(114)上；A调节座(114)的安装面板(114c)上设有A安装孔(114d)、B安装孔(114e)，A安装孔(114d)与B安装孔(114e)保持平行，通过在该两个安装孔放置螺钉，则可实现将A调节座(114)安装在铝型材(3)的工作面板(31)上的A螺纹孔(32)内；

螺栓(111)为一体成型件；螺栓(111)上设有螺纹段(111a)、光杆段(111b)，光杆段(111b)的外径小于螺纹段(111a)；

弹簧(113)套在螺栓(111)上，且位于螺母(112)与B调节座(12)之间；

静工作台(2)由B玻璃板(21)和凹形座(22)组成；B玻璃板(21)的两端安装在A凸台(223)、B凸台(224)上；

凹形座(22)上设有A凸台(223)、B凸台(224)，A凸台(223)与B凸台(224)之间是底面板(225)，底面板(225)上设有A条形槽(221)、B条形槽(222)，通过分别在A条形槽(221)、B条形槽(222)中放置螺钉实现将凹形座(22)安装在铝型材(3)上；

B玻璃板(21)上吸附有B吸盘(6)；

动工作台(1)与静工作台(2)之间的间距，是通过静工作台(2)在铝型材(3)上的装配位置来决定的；动工作台(1)与静工作台(2)之间的间距也是爬壁蠕虫式机器人的首部吸附关节(101)与尾部吸附关节(102)的间距；

铝型材(3)的工作面板(31)上设有多个A螺纹孔(32)；

传感器基座(4)的背板面(43)上设有光孔(41)和凹槽(42)，凹槽(42)内安装有压力传感器(7)；通过螺钉穿过该光孔(41)螺纹连接在铝型材(3)的侧面板上的螺纹孔中，从而实现将传感器基座(4)与铝型材(3)的固定连接；

压力传感器(7)与C调节座(13)接触。

2.根据权利要求1所述的测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统，其特征在于：弹簧(113)的弹性系数为1Kg/mm。

说明书

一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测量力的测试系统，更特别地说，是指一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统。

背景技术

[0002] 爬壁蠕虫式机器人的运动是依靠吸盘与工作面(如壁面、玻璃面、地板等)形成固定约束，各个吸附关节采用纵波的方式向前蠕动。

[0003] 当爬壁蠕虫式机器人的首部吸附关节与尾部吸附关节上的各吸盘与工作面吸附时，所有中间关节的运动表现为闭式链运动，该闭式链运动的作用是完成波形的传递、控制波形的幅度和形式。爬壁蠕虫式机器人在闭式链运动阶段总是处于冗余驱动状态，由于固定约束和控制误差的影响，在爬壁蠕虫式机器人内部会产生内力，其大小取决于各个吸附关节上的舵机的驱动力。这种由于冗余驱动产生的内力将直接作用在吸盘上，过大的内力将造成吸盘大幅度变形甚至失效，从而降低了爬壁蠕虫式机器人的安全性。

发明内容

[0004] 为了测试爬壁蠕虫式机器人在工作时，首部吸附关节、中间吸附关节和尾部吸附关节产生的内力合力对爬壁蠕虫式机器人的运动步态的影响，本发明设计了一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统。当爬壁蠕虫式机器人在关节内力测试平台上运行时，通过压力传感器来采集关节内力信息Ain，采集卡转换处理后输出数字关节内力信息Din，最后由关节内力测试模块对数字关节内力信息Din进行处理得到关节内力合力信息Fout。为了测量该关节内力合力信息Fout而设计的关节内力测试平台，该平台通过动静两个工作台与弹簧的配合使用，消除了机械摩擦对压力传感器测量值的影响，使得测量得到的关节内力信息Ain能更加真实地表达爬壁蠕虫式机器人中各个吸附关节的内力合力。

[0005] 本发明的一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统，该测试系统由关节内力测试平台、采集卡和关节内力测试模块组成；

[0006] 该采集卡将接收到的关节内力信息Ain经预处理后输出数字关节内力信息Din给关节内力测试模块；

[0007] 该关节内力测试模块包括有硬件和软件两部分；硬件部分是指一安装有Windows2000/2003/XP操作系统的计算机，软件部分是指依据Labview 8.0的图形化编程语言进行编程具有获得关节内力数字信息处理能力的程序，该程序存储在计算机机的存储器中；

[0008] 该关节内力测试平台由动工作台、静工作台、铝型材、传感器基座和压力传感器组成；

[0009] 动工作台包括有预紧力调节组件、B调节座、C调节座、A玻璃板、导轨座、导轨和滑块；该预紧力调节组件由A调节座、螺栓、螺母和弹簧组成；

[0010] A调节座、B调节座和C调节座的外形为“L”形；

[0011] A玻璃板的两端安装在B调节座、C调节座上，A玻璃板的底部安装有滑块，A玻璃板的上部吸附有A吸盘；

[0012] 滑块的底部设有卡槽，该卡槽与导轨配合，使滑块在导轨上滑动；

[0013] 导轨座的中心部位设有凹槽，该凹槽内安装有导轨；

[0014] A调节座为一体成型件；A调节座的侧面板上设有B螺纹孔，该B螺纹孔用于螺纹连接螺栓的螺纹段，实现螺栓安装在A调节座上；A调节座的安装面板上设有A安装孔、B安装孔，A安装孔与B安装孔保持平行，通过在该两个安装孔放置螺钉，则可实现将A调节座安装在铝型材的工作面板上的A螺纹孔内；

[0015] 螺栓为一体成型件；螺栓上设有螺纹段、光杆段，光杆段的外径小于螺纹段；

[0016] 弹簧套在螺栓上，且位于螺母与B调节座之间；

[0017] 静工作台由B玻璃板和凹形座组成；B玻璃板的两端安装在A凸台、B凸台上；

[0018] 凹形座上设有A凸台、B凸台，A凸台与B凸台之间是底面板，底面板上设有A条形槽、B条形槽，通过分别在A条形槽、B条形槽中放置螺钉实现将凹形座安装在铝型材上；

[0019] B玻璃板上吸附有B吸盘；

[0020] 在本发明中，动工作台与静工作台之间的间距，是通过静工作台在铝型材上的装配位置来决定的；动工作台与静工作台之间的间距也是爬壁蠕虫式机器人的首部吸附关节与尾部吸附关节的间距；

[0021] 铝型材的工作面板上设有多个A螺纹孔；

[0022] 传感器基座的背板面上设有光孔和凹槽，凹槽内安装有压力传感器；通过螺钉穿过该光孔螺纹连接在铝型材的侧面板上的螺纹孔中，从而实现将传感器基座与铝型材的固定连接；

[0023] 压力传感器与C调节座接触。

[0024] 本发明的一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统优点在于：

[0025] (1)关节内力测试平台通过预紧力调节组件上的螺母与弹簧来施加预紧力，并用压力传感器来测量爬壁蠕虫式机器人在运动过程中产生的拉力与压力，为关节内力测试模块提供了精确可靠性的运动步态信息。

[0026] (2)弹簧和导轨滑块的配合使用，平衡了机械摩擦力，使测量的结果更加精确。

[0027] (3)选取NI DAQPad-6015/6016型采集卡，能够为关节内力测试模块实时提供响应数字信息，从而提高了本发明测试系统的测试速度和效率。

[0028] (4)关节内力测试模块通过PC机可以实时将采集的数据绘制成图像，且通过关节内力处理界面显示爬壁蠕虫式机器人的多个性能参数。

[0029] (5)关节内力测试平台中动静两个工作平台之间的间距可调，能够测量具有不同关节数的爬壁蠕虫式机器人关节对吸盘的作用力，增强了机械平台的适应性。

附图说明

[0030] 图1是本发明测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统的结构框图。

[0031] 图2是本发明关节内力测试模块中关节内力处理界面图。

[0032] 图3是本发明关节内力测试平台的结构图。

[0033] 图3A是爬壁蠕虫式机器人作用到本发明关节内力测试平台上的工作原理图。

[0034] 图4是本发明动工作台的结构图。

[0035] 图4A是本发明动工作台的分解图。

[0036] 图5是本发明静工作台的分解图。

[0037] 图6是本发明压力传感器与传感器基座的装配图。

[0038] 图中： 1.动工作台 11.预紧力调节组件 111.螺栓 111a.螺纹段[0039] 111b.光杆段 112.螺母 113.弹簧 114.A调节座 114a.侧面板[0040] 114b.B螺纹孔 114c.安装面板 114d.A安装孔 114e.B安装孔 12.B调节座[0041] 13.C调节座 14.A玻璃板 15.导轨座 151.凹槽 16.导轨[0042] 17.滑块 171.卡槽 2.静工作台 21.B玻璃板 22.凹形座[0043] 221.A条形槽 222.B条形槽 223.A凸台 224.B凸台 225.底面板[0044] 3.铝型材 31.工作面板 32.A螺纹孔 4.传感器基座 41.光孔[0045] 42.凹槽 43.背板面 5.A吸盘 6.B吸盘 7.压力传感器[0046] 101.首部吸附关节 102.尾部吸附关节 103.第二吸附关节[0047] 104.第三吸附关节 105.第四吸附关节 106.第五吸附关节具体实施方式

[0048] 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

[0049] 参见图1所示，本发明是一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统，该测试系统由关节内力测试平台、采集卡和关节内力测试模块组成。

[0050] 所述采集卡选取NI DAQPad-6015/6016型号，该采集卡将接收到的关节内力信息Ain经预处理后输出数字关节内力信息Din给关节内力测试模块。采集卡对接收到的信息进行何种的处理，这是采集卡生产商的技术所决定的，在本发明中，只借助该采集卡能够输出的信息是否符合关节内力测试模块的使用，因此在采集卡上对传感器输出信息的处理为公知技术，本发明不作详细说明。

[0051] 所述关节内力测试模块包括有硬件和软件两部分。硬件部分是指一安装有统Windows2000/2003/XP操作系的计算机(或称PC机，如台式电脑、笔记本电脑等)，该计算机的最低配置为：内存512MB，CPU 1GHz，硬盘40GB。软件部分是指依据Labview 8.0的图形化编程语言，进行编程获得具有关节内力数字信息处理能力的程序，该程序的界面如图2所示。软件部分存储在PC机的存储器中。在本发明中，关节内力测试模块对接收数字关节＊内力信息Din以文本形式( .txt)保存在PC机的存储器中，该保存的文本文件能够作为优化设计爬壁蠕虫式机器人的运动步态的衡量标准，使爬壁蠕虫式机器人能更好地在工作面上爬行。在本发明中，通过图2所示的界面，测试者可以通过“机器人状态参数显示”单元能够较为直观地观察到爬壁蠕虫式机器人在运动时的步态。通过“数据采集图形显示”单元可以看出运动过程中的拟合曲线。通过设备的多个“按键”(带圆圈的，如启动、停止、暂停、重启)进行系统测试。本发明对于压力传感器采集的数据、以及采集卡对传感器输出数据的处理这都是由选取的器件来决定。对于本发明中应用的计算机和软件(Labview 8.0的图形化编程语言)主要是对采集的数据信息进行显示，未进行相关量的计算，因此本专利申请中，不对压力传感器采集的信息进行深加工处理。

[0052] 当爬壁蠕虫式机器人在关节内力测试平台上运行时，通过压力传感器来采集关节内力信息Ain，采集卡转换处理后输出数字关节内力信息Din，最后由关节内力测试模块对数字关节内力信息Din进行处理得到关节内力合力信息Fout。为了测量该关节内力合力信息Fout而设计的关节内力测试平台，该平台通过动静两个工作台与弹簧的配合使用，消除了机械摩擦对压力传感器测量值的影响，使得测量得到的关节内力信息Ain能更加真实地表达爬壁蠕虫式机器人中各个吸附关节的内力合力。

[0053] 参见图3所示，所述关节内力测试平台由动工作台1、静工作台2、铝型材3、传感器基座4和压力传感器7组成。

[0054] 参见图3A所示，对爬壁蠕虫式机器人进行内力合力测试时，首部吸附关节101的A吸盘5与动工作台1的A玻璃板14接触，尾部吸附关节102的B吸盘6与静工作台2的B玻璃板21接触，第二吸附关节103、第三吸附关节104、第四吸附关节105和第五吸附关节106形成爬壁蠕虫式机器人的中间吸附关节。对于中间吸附关节设置的个数与机器人执行任务相关。在中间吸附关节的协调运动状况下，这个由运动产生的力将通过压力传感器7采集到。

[0055] (一)动工作台1

[0056] 参见图4、图4A所示，动工作台1包括有预紧力调节组件11、B调节座12、C调节座13、A玻璃板14、导轨座15、导轨16和滑块17。该预紧力调节组件11由A调节座114、螺栓111、螺母112和弹簧113组成。

[0057] A调节座11、B调节座12和C调节座13的外形为“L”形。

[0058] A玻璃板14的两端安装在B调节座12、C调节座13上，A玻璃板14的底部安装有滑块17，A玻璃板14的上部安装有A吸盘5。A吸盘5为首部吸附关节101上的器件(图3A所示)。

[0059] 滑块17的底部设有卡槽171，该卡槽171与导轨16配合，使滑块17可在导轨16上滑动。

[0060] 导轨座15的中心部位设有凹槽151，该凹槽151内安装有导轨16。

[0061] A调节座114为一体成型件。A调节座114的侧面板114a上设有B螺纹孔114b，该B螺纹孔114b用于螺纹连接螺栓111的螺纹段111a，实现螺栓111安装在A调节座114上；A调节座114的安装面板114c上设有A安装孔114d、B安装孔114e，A安装孔114d与B安装孔114e保持平行，通过在该两个安装孔放置螺钉，则可实现将A调节座114安装在铝型材3的工作面板31上，即四颗螺钉两两分别穿过A安装孔114d、B安装孔后螺纹连接在铝型材3的工作面板31上设置的A螺纹孔32内。

[0062] 螺栓111为一体成型件。螺栓111上设有螺纹段111a、光杆段111b，光杆段111b的外径小于螺纹段111a，该螺纹段111a有两个作用，一是与A调节座114的B螺纹孔114b的螺纹连接实现螺栓111安装在A调节座114上，另一个作用是螺母112能够在该螺纹段111a上进行预紧力大小调节。螺栓111的光杆段111b的端部与B调节座12的侧面板顶紧。

[0063] 弹簧113套在螺栓111上，且位于螺母112与B调节座12之间。该弹簧113的弹性系数为1Kg/mm。

[0064] (二)静工作台2

[0065] 参见图5所示，静工作台2由B玻璃板21和凹形座22组成。B玻璃板21的两端安装在A凸台223、B凸台224上。

[0066] 凹形座22上设有A凸台223、B凸台224，A凸台223与B凸台224之间是底面板225，底面板225上设有A条形槽221、B条形槽222，通过分别在A条形槽221、B条形槽222中放置螺钉实现将凹形座22安装在铝型材3上。

[0067] B玻璃板21上吸附有B吸盘6，也是机器人的尾部吸盘(图3A所示)。

[0068] 在本发明中，动工作台1与静工作台2之间的间距，是通过静工作台2在铝型材3上的装配位置来决定的。动工作台1与静工作台2之间的间距也是爬壁蠕虫式机器人的首部吸附关节101与尾部吸附关节102的间距。

[0069] (三)铝型材3

[0070] 铝型材3是为外购件，只需在选取的工作面板31上加工出多个A螺纹孔32。通过该A螺纹孔32与螺钉的配合实现多个器件安装在其上。

[0071] (四)传感器基座4

[0072] 参见图6所示，传感器基座4的背板面43上设有光孔41和凹槽42，凹槽42内安装有压力传感器7。通过螺钉穿过该光孔41螺纹连接在铝型材3的侧面板上的螺纹孔(图中未示出)中，从而实现将传感器基座4与铝型材3的固定连接。

[0073] 压力传感器7与C调节座13接触。

[0074] 本发明的一种测爬壁蠕虫式机器人关节内力的测试系统，是将爬壁蠕虫式机器人的首部吸附关节101中的A吸盘5与测试平台中的动工作台1的A玻璃板14吸附，以及尾部吸附关节102中的B吸盘6与测试平台中的静工作台2的B玻璃板21吸附，通过爬壁蠕虫式机器人在运动过程中，动静两个工作台与弹簧的配合使用，消除了机械摩擦对压力传感器测量值的影响，使得测量得到的关节内力信息Ain能更加真实地表达爬壁蠕虫式机器人中各个吸附关节的内力合力。