[发明专利]检测全向球轮动力特性的装置及方法

说明书

本发明公开了一种检测全向球轮动力特性的装置及方法，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。

技术领域

本发明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及方法。

背景技术

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》的实用新型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，该实用新型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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明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及方法。

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。

采用本发明检测全向球轮动力特性的装置进行全向球轮动力特性的检测方法，是通过建立六维力传感器的坐标系与外球壳的球心坐标系之间的联系，通过空间力系向球心的简化计算，以次得出在全向轮机构驱动下外球壳产生的全力信息。

本发明的有益效果：

1、本发明检测全向球轮动力特性的装置及方法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、本发明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。