一种四足机器人抗击打能力试验装置及测试方法与流程

本发明涉及机器人制造领域，特别涉及一种四足机器人抗击打能力试验装置及测试方法。

背景技术：

四足机器人日渐备受研究学者所青睐，在四足机器人能力与指标测试和考核方向没有统一标准，四足机器人的抗击打能力是其核心指标，也是考量机器人在复杂工况中作业的本领，其中，击打力的精确计算也是难点与重点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种四足机器人抗击打能力试验装置，实现了精确测量四足机器人的抗击打能力。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种四足机器人抗击打能力试验装置，所述四足机器人放置于平面上，所述四足机器人具有四个支撑腿，四个所述支撑腿的足端均与所述平面相接触，试验装置包括：支架，所述支架设于所述平面上，且所述四足机器人位于所述支架的下方；撞击机构，所述撞击机构的一端设于所述支架上，所述撞击机构的另一端能够撞击所述四足机器人；检测机构，所述检测机构设于所述四足机器人上，所述检测机构能够检测所述四足机器人运动速度及运动方向。

进一步地，在上述一种四足机器人抗击打能力试验装置中，所述撞击机构包括沙袋与绳索，所述沙袋通过所述绳索悬挂在所述支架上，且所述沙袋在摆动时能够撞击到所述四足机器人。

进一步地，在上述一种四足机器人抗击打能力试验装置中，所述检测机构包括陀螺仪和加速度计，所述陀螺仪和所述加速计设于所述四足机器人上，所述陀螺仪用于检测所述四足机器人的运动方向，所述加速度计用于检测所述四足机器人受到撞击的瞬时速度的变化。

进一步地，在上述一种四足机器人抗击打能力试验装置中，所述检测机构还包括拉力传感器，所述拉力传感器设于支撑腿的端部，所述拉力传感器能够检测所述支撑腿的足端力的变化。

进一步地，在上述一种四足机器人抗击打能力试验装置中，所述支架包括一个横杆和两个竖杆，所述两个竖杆的一端分别与所述横杆的两端连接，所述两个竖杆的另一端与所述平面连接。

进一步地，在上述一种四足机器人抗击打能力试验装置中，所述横杆的长度为1500mm，所述竖杆的长度为1700mm。

进一步地，在上述一种四足机器人抗击打能力试验装置中，所述绳索为钢索，当所述沙袋撞击所述四足机器人时，所述沙袋的质心位置与所述四足机器人相接触。

另一方面，提供了一种四足机器人抗击打能力测试方法，所述测试方法基于权利要求2-7任一条所述的试验平台，包括以下步骤：s1：获取所述沙袋的重量m，获取所述绳索与所述支架连接的一端至所述沙袋质心的距离l，获取所述沙袋与所述四足机器人碰撞时所述绳索的当前位置与所述绳索的初始位置之间的夹角θ0；s2：设定第一角度θ1，转动所述沙袋直到所述绳索的位置与所述绳索的初始位置之间的夹角为θ1，使所述沙袋自由落下撞击所述四足机器人，确认所述四足机器人是否被所述沙袋击倒；s3：当所述四足机器人未被击倒时，将所述第一角度θ1增加第二角度θ2后作为新的第一角度θ1，并重复步骤s2，当所述四足机器人被击倒时，检测所述四足机器人的支撑腿的足端力的变化情况，通过所述足端力的变化情况确认所述沙袋撞击所述四足机器人的撞击时间t0；s4：获取所述四足机器人的质量m，通过检测机构获取所述四足机器人的机身质心处的姿态角(ψroll、ψpitch、ψyaw)和所述四足机器人的机身质心处的加速度s5：通过所述四足机器人的机身质心处的姿态角(ψroll、ψpitch、ψyaw)和所述四足机器人的机身质心处的加速度计算出所述四足机器人受到所述沙袋撞击前的瞬时速度vr1和所述四足机器人受到所述沙袋撞击后的瞬时速度vr2；s6：通过所述沙袋的重量m、所述绳索与所述支架连接的一端至所述沙袋质心的距离l和所述第一角度θ1计算出所述沙袋撞击所述四足机器人前的瞬时速度vb1和所述沙袋撞击所述四足机器人后的瞬时速度vb2，计算所述沙袋撞击所述四足机器人的撞击力f。

进一步地，在上述的一种四足机器人抗击打能力测试方法中，所述沙袋撞击所述四足机器人前的瞬时速度vb1的计算公式为：

其中，g为重力加速度，l为所述绳索与所述支架连接的一端至所述沙袋质心的距离，θ0为所述沙袋与所述四足机器人碰撞时所述绳索的当前位置与所述绳索的初始位置之间的夹角。

进一步地，在上述的一种四足机器人抗击打能力测试方法中，所述沙袋撞击所述四足机器人的撞击力f的计算公式为：

s＝m(vb1-vb2)+m(vr1-vr2)(2)

f＝s/t0(3)

其中，s为所述沙袋撞击所述四足机器人的撞击力在所述撞击时间t0内的冲量，vb1为所述沙袋在撞击所述四足机器人前的瞬时速度，vb2为所述沙袋在撞击所述四足机器人后的瞬时速度，m为所述四足机器人的质量，vr1为所述四足机器人在受到所述沙袋撞击前的瞬时速度，所述vr2为四足机器人在受到所述沙袋撞击后的瞬时速度。

分析可知，本发明公开一种四足机器人抗击打能力试验装置及测试方法，本发明的技术方案操作简单，无需多余传感器即可精确计算得到击打力，降低了测量成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1本发明一实施例的一种四足机器人抗击打能力试验装置的结构示意图。

图2本发明一实施例的一种四足机器人抗击打能力测试方法的流程图。

附图标记说明：1平面；2四足机器人；3支架；4绳索；5沙袋。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图1中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

如图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种四足机器人抗击打能力试验装置，四足机器人2放置于平面1上，包括：四足机器人2具有四个支撑腿，四个支撑腿的足端均与平面1的上表面相接触；支架3，支架3设于平面1上，且四足机器人2位于支架3的下方；撞击机构，撞击机构的一端设于支架3上，撞击机构的另一端能够撞击四足机器人2；检测机构，检测机构设于四足机器人2上，检测机构能够检测四足机器人2运动速度及运动方向。

优选地，撞击机构包括沙袋5与绳索4，沙袋5通过绳索4悬挂在支架3上，且沙袋5在摆动时能够撞击到四足机器人2。

优选地，检测机构包括imu，imu即陀螺仪和加速度计，陀螺仪和加速计设于四足机器人2上，陀螺仪用于检测四足机器人2的运动方向，加速度计用于检测四足机器人2受到撞击的瞬时速度的变化。

优选地，检测机构还包括拉压力传感器，拉压力传感器设于支撑腿的端部，拉压力传感器能够检测支撑腿的足端力的变化，通过拉压力传感器、陀螺仪和加速度计既可以检测出沙袋5撞击四足机器人2的撞击力f，无需多余的传感器。

优选地，支架3包括一个横杆和两个竖杆，两个竖杆的一端分别与横杆的两端连接，两个竖杆的另一端与平面1连接。

优选地，在实际生产时可以将横杆的长度参数化设计为lv，竖杆的长度参数化为lh，横杆的长度lv为1500mm，竖杆的长度lh为1700mm，在实际使用中，竖杆的长度能够满足把测试的沙袋5挂起来即可，支架3的尺寸在设计需要达到稳定挂住沙袋的效果，支架3的长与宽比例协调，在测试时支架3不会干涉四足机器人2的运动。

优选地，绳索4为钢索，当沙袋5撞击四足机器人2时，沙袋5的质心位置与四足机器人2相接触。

请参阅图2，本发明还公开了一种四足机器人2抗击打能力测试方法，测试方法基于上述的试验平台，包括以下步骤：s1：获取沙袋5的重量m，获取绳索4与支架3连接的一端至沙袋5质心的距离l，获取沙袋5与四足机器人2碰撞时绳索4的当前位置与绳索4的初始位置之间的夹角θ0；s2：设定第一角度θ1，转动沙袋5直到绳索4的位置与绳索4的初始位置之间的夹角为θ1，使沙袋5自由落下撞击四足机器人2，确认四足机器人2是否被沙袋5击倒；s3：当四足机器人2未被击倒时，将第一角度θ1增加第二角度θ2后作为新的第一角度θ1，并重复步骤s2，当四足机器人2被击倒时，检测四足机器人2的支撑腿的足端力的变化情况，通过足端力的变化情况确认沙袋5撞击四足机器人2的撞击时间t0；撞击时间t0通过拉压力传感器检测到四足机器人2的足端力的变化来获得。具体为，拉压力传感器的刷新频率为f，即1s中检测到足端力的个数为f个数；发生撞击后，能够检测到n个足端力的数值，因此撞击时间t0为n/f，其中n个足端力数值以足端力的初始值f0为起点，先增大，然后波动、再减小，最后接近f0后停止计数，通过拉压力传感器测出的撞击时长接近于真实的撞击时长，因此可以应用于本方法中。在实际的实验过程中，操作人员也可以通过秒表得到撞击时长，来验证四足机器人2被沙袋5撞击的撞击时长t0。

s4：获取四足机器人2的质量m，通过检测机构获取四足机器人2的机身质心处的姿态角(ψroll、ψpitch、ψyaw)和四足机器人2的机身质心处的加速度s5：通过四足机器人2的机身质心处的姿态角(ψroll、ψpitch、ψyaw)和四足机器人2的机身质心处的加速度计算出四足机器人2受到沙袋5撞击前的瞬时速度vr1和四足机器人2受到沙袋5撞击后的瞬时速度vr2。s6：通过沙袋5的重量m、绳索4与支架3连接的一端至沙袋5质心的距离l和第一角度θ1计算出沙袋5撞击四足机器人2前的瞬时速度vb1和沙袋5撞击四足机器人2后的瞬时速度vb2，计算沙袋5撞击四足机器人2的撞击力f。通过多次重复试验即可考量四足机器人2的抗击打能力。优选地，沙袋5撞击四足机器人2前的瞬时速度vb1的计算公式为：

其中，g为重力加速度，l为所述绳索与所述支架连接的一端至所述沙袋质心的距离，θ0为所述沙袋与所述四足机器人碰撞时所述绳索的当前位置与所述绳索的初始位置之间的夹角。

优选地，沙袋5撞击四足机器人2的撞击力f的计算公式为：

s＝m(vb1-vb2)+m(vr1-vr2)(2)

f＝s/t0(3)

其中，s为沙袋5撞击四足机器人2的撞击力在撞击时间t0内的冲量，vb1为所述沙袋在撞击所述四足机器人前的瞬时速度，vb2为所述沙袋在撞击所述四足机器人后的瞬时速度，m为所述四足机器人的质量，vr1为所述四足机器人在受到所述沙袋撞击前的瞬时速度，所述vr2为四足机器人在受到所述沙袋撞击后的瞬时速度。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：无需多余传感器即可精确计算得到击打力，降低了测量成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。