[发明专利]机器人走柔性钢丝绳实验测试平台及测试方法

说明书

本发明公开了一种机器人走柔性钢丝绳实验测试平台，包括左、右支撑架上的柔性钢丝绳牵拉机构，各柔性钢丝绳牵拉机构的十字轴的上、下轴端安装于十字轴竖轴架内，十字轴的左、右轴端安装于十字轴横轴架内，十字轴横轴架上安装有检测柔性钢丝绳拉力值并将其转化为柔性钢丝绳伸长量的拉力传感器；柔性钢丝绳拉紧在左、右拉力传感器之间；十字轴横轴架上设有检测其上、下摆动角度和速度的绝对编码器和增量编码器；十字轴竖轴架上设有检测十字轴横轴架左、右摆动角度和速度的绝对编码器和增量编码器。本发明通过编码器与拉力传感器实时反馈柔性钢丝绳的运动状态，为计算走钢丝机器人与柔性钢丝绳接触点的三维坐标、弹性势能等参数提供依据。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种机器人走柔性钢丝绳实验测试平台及测试方法。

背景技术

人类在高空上走钢丝是一种惊险、刺激的娱乐项目，可以给人们带来感官的愉悦和心灵的震撼。机器人走钢丝来源于用机器人模拟人类走钢丝的行为进行替代表演，其目的在于降低人类走钢丝表演的危险性。

目前，大多数在钢丝上行走的机器人(即走钢丝机器人)，其基本原理是通过平衡调节机构，比如转杆，实现其本体在拉紧的柔性钢丝之上平衡行走。其中，机器人本体一般都会安装有陀螺仪、编码器等测控部件以便测量走钢丝机器人的姿态、速度等运动参数；而对于柔性钢丝的运动状态，由于测试的复杂度与难度，通常不会进行测量。

在实际的走钢丝机器人平衡控制实践中，人们往往会忽略钢丝绳的柔性，仅仅把其当作是系统的一种微小的干扰。工程实践表明，这样的做法加大了走钢丝机器人平衡控制器设计的难度并影响控制的实际效果，尤其是在钢丝绳跨度增大柔性增加的时候问题更为突出。

比较合理的处理方法是，将柔性钢丝绳的运动状态参数作为重要因素在机器人控制器中加以考虑并进行控制器设计。因此，实时反馈柔性钢丝绳的运动状态对于走钢丝机器人系统具有重要的理论意义与实践价值。然而，从目前的技术设备看，尚且没有专门的平台可以完成上述的工作，这在一定程度上限制了走钢丝机器人实验研究的开展。

发明内容

针对现有走钢丝机器人系统实验测试技术的不足，本发明有针对性的提出了一种机器人走柔性钢丝绳实验测试平台及测试方法。

本发明机器人走柔性钢丝绳实验测试平台，其技术方案包括左、右相同且对称的两个支撑架以及左、右相同且对称设于左、右支撑架上的钢丝绳牵拉机构，所不同的是：

1、各钢丝绳牵拉机构包括十字轴，所述十字轴的上、下轴端通过上、下轴承座安装于十字轴竖轴架内，十字轴的左、右轴端通过左、右轴承座安装于十字轴横轴架内，所述十字轴横轴架上安装有检测柔性钢丝绳拉力值并将其转换为柔性钢丝绳伸长量的拉力传感器。

2、左、右十字轴竖轴架固定安装于左、右支撑架上，所述柔性钢丝绳拉紧在左、右拉力传感器之间。

3、所述十字轴横轴架上设有检测其上、下摆动角度的绝对编码器和检测其上、下摆动速度的增量编码器。

4、所述十字轴竖轴架上设有检测十字轴横轴架左、右摆动角度的绝对编码器和检测十字轴横轴架左、右摆动速度的增量编码器。

一种简单的结构方案为：左、右十字轴竖轴架为开口相对的U形竖框，所述十字轴的上、下轴端通过上、下轴承座安装于U形竖框的上、下框板上；左、右十字轴横轴架为开口相背的U形横框，左、右轴端于十字轴竖轴架外并通过左、右轴承座安装于U形横框的左、右框板上；左、右拉力传感器分别安装于左、右U形横框相对的框板上。

本发明机器人走柔性钢丝绳测试方法，采用了上述机器人走柔性钢丝绳实验测试平台，其测试步骤如下：

步骤1、所述柔性钢丝绳左、右端的距离设为L，柔性钢丝绳的刚度系数设为K。

①、将柔性钢丝绳拉紧并处于水平状态，在柔性钢丝绳上选取一点W，并测出点W与S1的距离位置为L1。