小型履带移动机器人牵引特性测试平台的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于驱动牵引特性控制领域。
【背景技术】
[0002] 履带式移动平台具有较高机动性、一定的越障能力和环境适应能力，其姿态可控 性可以满足稳定的视觉系统、操作臂准确作业等的作业需求，由此得到了广泛的应用。特 别是在面临着复杂、未知、多变的非结构环境时，它能够在有限的空间内，既尽可能扩大与 地面接触面积，又能吸收由于地面结构突变等因素引起的振动，其结构紧凑，能够满足机器 人缓冲吸振的要求。
[0003] 对机器人来说，运动能力是最基本、最重要的首要前提。以机器人能够具有较高 的运动能力和机动性为目标，如何建立准确的行驶动力学模型成为研宄移动机器人适应 复杂地面环境的首要问题，近几年，国内外学者利用计算地面力学建立行驶机构与地面作 用模型，分析行驶机构与地面作用机理、建立牵引特性计算方法成为研宄热点。在实验研宄 方面，牵引力实验主要集中于星球车及大中型越野车辆方面，极少有针对小型履带式机器 人的牵引力实验研宄，特别是针对于多种地面下的履带机器人的牵引特性研宄。
[0004] 随着履带式移动机器人应用的不断深入，室外地面环境更加复杂。在未知的地面 环境中，不同类型土壤的性质截然不同，对于硬质性地面，履带机器人对土壤的通过性较 好，而对于软土地面，土壤的抗剪切强度较小，能为机器人提供的牵引力有限。
[0005] 传统的利用库仑定律建立的行驶动力学模型只是通过土壤参数以及简化的履带 模型对牵引力进行估计，没有具体研宄土壤下陷、履带变形及滑动率的问题。同时在实验研 宄方面，牵引力实验主要集中于星球车及大中型越野车辆方面，极少有针对小型履带式机 器人的牵引力实验研宄，特别是针对于多种地面下的履带机器人的牵引特性研宄。
【发明内容】
[0006] 本发明是为了解决现有技术中履带式移动机器人不能同时测试土壤下陷、滑动率 和牵引力的问题，本发明提供了一种小型履带机器人牵引特性测试平台。
[0007] 小型履带机器人牵引特性测试平台，它包括带有编码器的车轮、前激光位移传感 器、电源及信号处理箱、后激光位移传感器和拉力计；
[0008] 电源及信号处理箱固定在被测履带机器人的车体上，
[0009] 电源及信号处理箱用于给前激光位移传感器、拉力计、后激光位移传感器和带有 编码器的车轮中的编码器供电，
[0010] 带有编码器的车轮通过浮动连接系统固定在被测履带机器人的车体前部，拉力计 通过型材支架固定在被测履带机器人的车体后部，
[0011] 电源及信号处理箱的拉力信号输入端与拉力计的数据信号输出端连接，电源及信 号处理箱的第一位移信号输入端与前激光位移传感器的位移信号输出端连接，电源及信号 处理箱的第二位移信号输入端与后激光位移传感器的位移信号输出端连接，
[0012] 前激光位移传感器和后激光位移传感器通过同一个刚性悬臂梁固定在被测履带 机器人的车体上，且前激光位移传感器位于被测履带机器人的车体前方，后激光位移传感 器位于被测履带机器人的车体后方，
[0013] 前激光位移传感器和后激光位移传感器以被测履带机器人为中心对称设置。
[0014] 所述的电源及信号处理箱获得被测履带机器人的下陷量的具体过程为，
[0015] 在被测履带机器人静止状态下，以被测履带机器人前轮与地面接触点为原点，在 水平面内建立坐标系，以被测履带机器人前进方向为X轴，垂直X轴方向为Z轴建立平面，
[0016] 在坐标系XOZ内，电源及信号处理箱采集获得前激光位移传感器与地面距离为 limm、后激光位移传感器与地面距离为1 2_及被测履带机器人本体对地倾斜角度为S度， 设定路面保持水平，且路面相对于x轴的高度为则被测履带机器人处于运动过程中， 在t时刻的后轮的下陷量为h = (Z(l-Zl)，
[0017] 根据前激光位移传感器的坐标)、后激光位移传感器的坐标（xg，zg )及 前激光位移传感器与后激光位移传感器的相对距离L，有以下关系：
[0018] 2^12=2后 （1)
[0019] Zg+l^Zu (2)，
[0020] z前-Lsin 8 = z后 （3)
[0021] 通过公式（1)至公式（3)获得被测履带机器人后轮下陷量h :
[0022] h = (zg-z^ = 12+Lsin 8 -1： ⑷，
[0023] 其中，Zl表示被测履带机器人运动时，被测履带机器人后轮相对于x轴的高度。
[0024] 所述的电源及信号处理箱获得被测履带机器人的滑动率的具体过程为：
[0025] 在被测履带机器人运动的过程中，通过带有编码器的车轮中的编码器，电源及信 号处理箱获得带有编码器的车轮的角速度将角速度代入如下公式中，获得被测 履带机器人的滑动率i :
[0026]
[0027] 其中，表示被测履带机器人的驱动轮的角速度，r/>ft表示带有编码器的车轮 的半径，表示被测履带机器人的驱动轮的半径。
[0028] 建立履带式移动机器人牵引特性分析平台，研宄其牵引特性对合理设计优化履带 机器人结构参数，提高机器人适应复杂地面环境的能力，履带机器人在某一类土壤上前进 时，通过基于地面力学建立的牵引力影响模型预测该类土壤的地面力学参数进而预测在一 定滑动率下土壤能为机器人提供的牵引力，能够有效地实现机器人的运动控制，从而使机 器人在运动过程中尽量减小滑行，提高运动能力，减少能耗，有效完成作业任务。
[0029] 本发明带来的有益效果是，本发明搭建的小型履带移动机器人牵引特性测试平台 能够同时测量多种数据，供后续履带移动平台的控制。所有的传感器都通过型材支架安装 到履带机器人上，均可拆卸，可以测试不同的履带机器人与地面相互作用的信息数据。
[0030] 可通过测量数据建立挂钩牵引力-滑动率关系和牵引力-下陷量关系建立辨识表 征不同地面类型的土壤参数，在拆除平台附件之后，能够预测该类土壤的地面力学参数进 而预测在一定滑动率和下陷量下土壤能为机器人提供的牵引力。
【附图说明】
[0031]图1为本发明所述的小型履带机器人牵引特性测试平台的原理示意图；
[0032]图2为【具体实施方式】二中，被测履带机器人处于下陷状态时的原理示意图；
[0033] 图3为【具体实施方式】二中，坐标系xoz内被测履带机器人的下陷量测量图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0034] 一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的小型履带机器人 牵引特性测试平台，它包括带有编码器的车轮1、前激光位移传感器2、电源及信号处理箱 5、后激光位移传感器7和拉力计8 ;
[0035] 电源及信号处理箱5固定在被测履带机器人4的车体上，
[0036] 电源及信号处理箱5用于给前激光位移传感器2、拉力计8、后激光位移传感器7 和带有编码器的车轮1中的编码器供电，
[0037] 带有编码器的车轮1通过浮动连接系统固定在被测履带机器人4的车体前部，拉 力计8通过型材支架固定在被测履带机器人4的车体后部，
[0038] 电源及信号处理箱5的拉力信号输入端与拉力计8的数据信号输出端连接，电源 及信号处理箱5的第一位移信号输入端与前激光位移传感器