一种独轮机器人全方位运动测试平台的制作方法

1.本实用新型涉及运动测试装置技术领域，具体涉及一种独轮机器人全方位运动测试平台。


背景技术：

2.随着科技的进步，制造水平的提升，机器人行业获得了迅猛的发展，机器人被应用于各行各业行业，为生产和生活带来了极大的便利。
3.独轮车机器人是根据人类骑独轮车的力学机理设计的机器人系统，具有体型狭小、能源利用率高等优点。不同于一般的静态平衡机器人，独轮车机器人属于静态不稳定而动态可稳定的力学系统，具有广阔的研究前景和应用市场。
4.独轮车机器人平衡运动受地形因素影响极大，在应用过程中需克服陡峭斜坡、颠簸路径、晃动船面等复杂环境。因此在研发生产过程中，需对独轮机器人的平衡能力进行有效的预评估，构建道路境况模拟平台是评估机器人平衡能力重要的验证测试手段。
5.目前评估多采用模拟路面倾斜的汽车车体升降机构，这类机构通过液压油缸伸缩实现平台倾斜,但只能实现平台单一方向上的倾斜，无法同时做到任意方位倾斜与全方位移动，无法沿任意方向倾斜和运动模拟复杂路况。因此，设计一款能够模拟不同坡度不同平整度的测试台，具有重要的意义。


技术实现要素：

6.本实用新型提出一种独轮机器人全方位运动测试平台，可模拟不同坡度、不同平整度的道路情况，为独轮机器人提供全方位运动测试。
7.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：
8.一种独轮机器人全方位运动测试平台，包括姿态调整机构和位置调整机构，所述位置调整机构包括纵向叠加设置z向滑台、x向滑台、y向滑台；所述姿态调整机构设于位置调整机构上部，姿态调整机构底端固接于y向滑台的y向滑板；所述姿态调整机构包括固接于y向滑板并随其滑动的姿态调整底盘，沿圆周等间距设置于姿态调整底盘上的至少3个全向轮机构，通过球壳保持架可转动架设于姿态调整底盘上部的球壳；所述球壳与各全向轮机构均滚动接触，球壳顶部固定有独轮车托盘，角运动检测装置设置于独轮车托盘与球壳之间；所述全向轮机构包括与球壳滚动接触的全向轮，用于固定全向轮的轮支架，以及与全向轮同轴连接的全向轮电机和增量式编码器；所述全向轮轴线向下交汇于一点。
9.上述方案中，位置调整机构由z向滑台、x向滑台、y向滑台组合构成，可使固定于其移动端的姿态调整机构进行z、x、y三轴方向的滑移，可模拟路面颠簸情境。姿态调整机构的球壳由多个等间距设置的全向轮机构滚动驱动，结合位置调整机构z、x、y三轴方向的滑移，可模拟进一步模拟不同坡度、不同平整度的复杂路况，对独轮车进行全方位的运动测试。
10.为在保证支撑的情况下，实现球壳的灵活转动，所述球壳保持架的内径小于球壳
的直径，球壳保持架内侧通过均匀分布的滚珠与球壳紧密接触。
11.进一步的，所述z向滑台包括测试平台底盘，纵向设置的多个z向导轨，可沿着z向导轨纵向滑动的升降台；所述升降台底部设置两根对称的纵向齿条，对称的两根齿条之间设置可带动其升降的齿条驱动机构。设置齿条驱动机构同时驱动作用两侧齿条升降，可保持平台两侧升降同步稳定。
12.进一步的，所述齿条驱动机构包括相互啮合的主动齿轮、从动齿轮，两齿轮通过轴承安装于电机座上，主动齿轮由z向滑台电机驱动；所述主动齿轮、从动齿轮分别与两侧齿条啮合，电机座上转动安装有编码齿轮，编码齿轮与主动齿轮啮合，编码齿轮同轴连接有绝对式编码器。
13.进一步的，所述x向滑台包括固定于z向滑台升降端的一对丝杠座i，转动连接于丝杠座i沿x轴方向设置的丝杠i，驱动丝杠i转动的编码电机i，以及螺纹连接于丝杠i的x向滑板。
14.进一步的，所述x向滑板底部开设x向滑槽，z向滑台升降端设置与x向滑槽配合导向的x向导轨。
15.进一步的，所述y向滑台包括固定于x向滑台滑动端的一对丝杠座ii，转动连接于丝杠座ii沿y轴方向设置的丝杠ii，驱动丝杠ii转动的编码电机ii，以及螺纹连接于丝杠ii的y向滑板；所述姿态调整底盘固接于y向滑板上部。
16.进一步的，所述y向滑板底部开设y向滑槽，x向滑台滑动端设置与y向滑槽配合导向的y向导轨。
17.本实用新型的优点与效果是：
18.本实用新型所述的一种独轮机器人全方位运动测试平台，设置由z向滑台、x向滑台、y向滑台构成的位置调整机构，能模拟z、x、y三个方向的位移晃动，有效模拟船面起伏不定的移动；姿态调整机构的球壳与全向轮滚动接触，能模拟转动和倾斜情境，有效模拟路面斜坡倾斜角度。通过位置调整机构与姿态调整机构的组合，能模拟不同坡度、不同平整度的道路情况，实现全方位的运动测试。
19.设于球壳上部的角运动检测装置、全向轮机构同轴连接的增量式编码器、编码齿轮同轴连接的绝对式编码器、驱动滑台的编码电机i和编码电机ii，可有效反馈测试过程中的实时参数，获取准确有效的测试数据。z向滑台通过齿条驱动机构同时驱动两侧齿条，测试平台升降稳定，可有效提高测试精度。
附图说明
20.图1为本实用新型的结构示意图；
21.图2为本实用新型的主视图；
22.图3为本实用新型的左视图；
23.图4为姿态调整机构结构示意图。
24.图号标识：1、z向滑台，11、测试平台底盘，12、z向导轨，13、升降台，14、齿条，15、齿条驱动机构，151、主动齿轮，152、从动齿轮，153、电机座，154、编码齿轮，155、绝对式编码器，156、z向滑台电机；2、x向滑台，21、丝杠座i，22、丝杠i，23、编码电机i，24、x向滑板，241、x向滑槽，3、y向滑台，31、丝杠座ii，32、丝杠ii，33、编码电机ii，34、y向滑板，341、y向滑槽；
4、姿态调整底盘，5、全向轮机构，51、全向轮，52、轮支架，53、全向轮电机，54、增量式编码器，6、球壳保持架，7、球壳，8、独轮车托盘，9、角运动检测装置。
具体实施方式
25.下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.本实施例所述的一种独轮机器人全方位运动测试平台，如附图1、2、3所示，其主体由姿态调整机构和位置调整机构构成。
27.如附图4所示，姿态调整机构包括姿态调整底盘4、全向轮机构5、球壳保持架6、球壳7、独轮车托盘8、角运动检测装置9。姿态调整底盘4设置于底部，3组全向轮机构5沿圆周等间距固定于姿态调整底盘4上。球壳保持架6罩设于3组全向轮机构5外侧，中部开设可供球壳7底部置入的通孔，通孔的直径小于球壳7的直径，球壳保持架6内侧通过均匀分布的滚珠与球壳7紧密接触。球壳7放置于球壳保持架6上，其球壁与全向轮机构5的全向轮51滚动接触。
28.全向轮机构5包括与球壳7滚动接触的全向轮51，用于固定全向轮51的轮支架52，以及与全向轮51同轴连接的全向轮电机53和增量式编码器54，三个全向轮51轴线向下交汇于一点。独轮车托盘8固接于球壳7顶部，角运动检测装置9设于托盘8与球壳7之间。增量式编码器54、角运动检测装置9、全向轮电机53与控制系统连接，增量式编码器54、角运动检测装置9可将实时数据反馈给控制系统。
29.如附图1、2、3所示，位置调整机构包括从下至上依次叠加设置z向滑台1、x向滑台2、y向滑台3。
30.如附图2、3所示，z向滑台1包括测试平台底盘11、z向导轨12、升降台13、齿条14、齿条驱动机构15。测试平台底盘11设置于底部，四根纵向z向导轨12纵向设置于测试平台底盘11四角，升降台13开设可供四根z向导轨12穿过的通孔，升降台13可沿着z向导轨12上下滑动。z向滑台1底部设置左右两块纵向安装板，每个安装板内侧固接有纵向齿条14，两侧纵向齿条14相对设置。
31.齿条驱动机构15包括设置于测试平台底盘11上的电机座153，电机座153上安装有相互啮合的主动齿轮151和从动齿轮152，主动齿轮151、从动齿轮152分别与左右两侧的齿条14啮合。主动齿轮151由安装于电机座153上的z向滑台电机156驱动，电机座153上安装与主动齿轮151啮合的编码齿轮154，编码齿轮154小于主动齿轮151，编码齿轮154同轴连接有绝对式编码器155。z向滑台电机156、绝对式编码器155连接至控制系统。启动z向滑台电机156，主动齿轮151、从动齿轮152转动可可带动升降台13升降。
32.如附图1所示，x向滑台2包括固定于z向滑台1升降端的一对丝杠座i21，转动连接于丝杠座i21沿x轴方向设置的丝杠i22，驱动丝杠i22转动的编码电机i23，以及螺纹连接于丝杠i22的x向滑板24。为实现较好的导向滑动，于x向滑板24底部开设x向滑槽241，z向滑台1升降端设置与x向滑槽241配合导向的x向导轨。
33.如附图1所示，y向滑台3包括固定于x向滑台2滑动端的一对丝杠座ii31，转动连接于丝杠座ii31沿y轴方向设置的丝杠ii32，驱动丝杠ii32转动的编码电机ii33，以及螺纹连
接于丝杠ii32的y向滑板34。为实现较好的导向滑动，y向滑板34底部开设y向滑槽34，x向滑台2滑动端设置与y向滑槽341配合导向的y向导轨。
34.姿态调整底盘4固接于y向滑板34上部，编码电机i23、编码电机ii33连接至控制系统。测试时，将独轮机器人放置于独轮车托盘8上，通过控制系统调节各个电机的运动状态模拟全方位运动，各编码装置可对运动数据进行反馈，可满足独轮机器人全方位测试的要求。
35.以上结合附图对本实用新型的实施方式详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。