专利名称：一种竞赛机器人性能测试及显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机器人性能测试技术领域，尤其是涉及一种竞赛机器人性能测试 及显示装置和其性能测试及显示方法。
背景技术：
随着智能技术的持续突飞猛进发展以及教育理念的不断更新，具有高度综合渗透 性、前瞻未来性和创新实践性的机器人技术在研究教育领域得到了广泛的应用。机器人竞 赛，作为教育机器人研究的载体和催化剂，已经成为一个能激发学生们的学习兴趣、引导他 们积极探索未知领域和参与国际性科技活动的良好平台。目前，国内外学者、研究机构和组织针对工业机器人性能测试系统开展了大量 的研究，并取得了很多令人瞩目的成绩，如非接触式工业机器人测试仪、工业机器人性能 测试与评估的超声波方法、机器人直线轨迹性能检测系统等，并有了相关的国际标准，如 IS09283，但对竞赛机器人性能测试系统，还没有形成一个统一的标准。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种竞赛 机器人性能测试及显示装置，其设计合理、操作简便且智能化程度高、数据处理能力强，实 现了竞赛机器人性能的快速测试及直观显示且使用效果好。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种竞赛机器人性能测试 及显示装置，其特征在于包括数据采集平台、检测控制器、上位机数据处理及显示系统、实 现检测控制器与上位机数据处理及显示系统间数据上传的数据通信模块以及分别为数据 采集平台、检测控制器和数据通信模块供电的电源管理模块，数据通信模块分别与检测控 制器和上位机数据处理及显示系统相接；所述数据采集平台包括一纵向供机器人竞赛运动 的矩形平板和分别安装在所述矩形平板四个顶点下方的四个压力传感器；所述检测控制器 包括控制器、与控制器相接且用于输出所述四个压力传感器初始检测值的D/A转换模块、 分别对所述四个压力传感器所输出实时检测信号进行处理的四个信号前级调理电路、分别 对经所述四个信号前级调理电路处理后得到的实时检测值与所述初始检测值对应进行减 法比较的四个减法器、分别与所述四个减法器相接且由控制器进行控制的信号分时复用电 路和与信号分时复用电路相接的程控增益放大电路，程控增益放大电路与控制器相接；所 述四个压力传感器对应分别与所述四个信号前级调理电路相接，所述四个信号前级调理电 路对应分别与所述四个减法器相接；所述控制器通过数据通信模块将数据上传至上位机数 据处理及显示系统；所述四个压力传感器分别为安装在所述矩形平板右下方、右上方、左上 方和左下方四个顶点下方的压力传感器一、压力传感器二、压力传感器三和压力传感器四。所述四个信号前级调理电路对应分别与所述四个减法器的正向输入端相接，D/A 转换模块对应分别与所述四个减法器的反向输入端相接。所述四个信号前级调理电路包括分别与所述四个压力传感器相接的四个前级放大电路和分别与所述四个前级放大电路相接的四个滤波电路，所述四个滤波电路分别与所 述四个减法器相接。所述控制器为内部集成有A/D转换单元的单片机MSP430F149。所述压力传感器均为平行梁式压力传感器，所述矩形平板为表面平滑的矩形硬质 木板。所述数据通信模块为短距离无线通信模块。所述短距离无线通信模块为ZigBee无线通信模块。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、主要针对目前竞赛机器人性能评价还没有统一的标准而提出，可弥补竞赛机器 人研究领域的不足，能有效应用于竞赛机器人的生产、销售、购置、使用等过程并为竞赛机 器人性能评价标准提供依据，并且所用的测试及显示装置设计合理、接线方便且智能化程度尚。2、使用操作简便、实用价值高且数据处理能力强，可用作机器人轨迹赛竞赛平台， 如机器人直线行走竞赛、机器人直线花样行走竞赛、机器人直线绕障行走竞赛、机器人按规 定图形行走竞赛等，使竞赛规则更为直观、明朗，减小了竞赛结果判断的人为误差。3.基于本实用新型可以更深入地开展机器人步态规划研究及机器人控制技术研 究，能进一步推进机器人研究及教育事业的发展，因而具有广泛的应用前景。综上所述，本实用新型设计合理、操作简便且智能化程度高、数据处理能力强，实 现了竞赛机器人性能的快速测试及直观显示，能有效应用于机器人的生产、销售、购置、使 用等过程并为机器人性能评价标准提供依据，还可应用于机器人轨迹赛竞赛及人形机器人 步态规划的研究。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
说明
图1为本实用新型的电路框图。 图2为本实用新型除电源管理模块外的电路原理框图。
图3为采用本实用新型进行竞赛机器人性能测试及显示的方法流程图。附图标记
1-数据采集平台；
1-3-压力传感器三；
2-11-前级放大电路-
1-1-压力传感器一 ；1-2-压力传感器二 ； 1-4-压力传感器四；2-检测控制器； ；2-12-前级放大电路2-13-前级放大电路
2-14-前级放大电路四 2-23-滤波电路三； 2-32-减法器二 ； 2-4-信号分时复用电
2-7-D/A转换模块；
3-2-协调器节点；
；2-21-滤波电路一 ；2-22-滤波电路二 ； 2-24-滤波电路四； 2-31-减法器一 2-33-减法器三；2-34-减法器四
2-5-程控增益放大电 2-6-控制器；
路
路
3-数据通信模块；3-1-RFD节点；
4-上位机数据处理及5-电源管理模块。
4[0032]显示系统；具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型包括数据采集平台1、检测控制器2、上位机数据处理 及显示系统4、实现检测控制器2与上位机数据处理及显示系统4间数据上传的数据通信 模块3以及分别为数据采集平台1、检测控制器2和数据通信模块3供电的电源管理模块 5，数据通信模块3分别与检测控制器2和上位机数据处理及显示系统4相接。所述数据采 集平台1包括一纵向供机器人竞赛运动的矩形平板和分别安装在所述矩形平板四个顶点 下方的四个压力传感器。所述检测控制器2包括控制器2-6、与控制器2-6相接且用于输 出所述四个压力传感器初始检测值的D/A转换模块2-7、分别对所述四个压力传感器所输 出实时检测信号进行处理的四个信号前级调理电路、分别对经所述四个信号前级调理电路 处理后得到的实时检测值与所述初始检测值对应进行减法比较的四个减法器、分别与所述 四个减法器相接且由控制器2-6进行控制的信号分时复用电路2-4和与信号分时复用电路 2-4相接的程控增益放大电路2-5，程控增益放大电路2-5与控制器2-6相接。所述四个压 力传感器对应分别与所述四个信号前级调理电路相接，所述四个信号前级调理电路对应分 别与所述四个减法器相接。所述控制器2-6通过数据通信模块3将数据上传至上位机数据 处理及显示系统4。所述电源管理模块5分别与数据采集平台1中的四个压力传感器、检 测控制器2和数据通信模块3相接。所述四个压力传感器分别为安装在所述矩形平板右下 方、右上方、左上方和左下方四个顶点下方的压力传感器一 1-1、压力传感器二 1-2、压力传 感器三1-3和压力传感器四1-4。本实施例中，所述四个信号前级调理电路对应包括压力传感器一 1-1相接的信号 前级调理电路一、与压力传感器二 1-2相接的信号前级调理电路二、压力传感器三1-3相接 的信号前级调理电路三和压力传感器四1-4相接的信号前级调理电路四。所述信号前级 调理电路一由与压力传感器一 1-1相接的前级放大电路一 2-11和与前级放大电路一 2-11 相接的滤波电路一 2-21组成，所述信号前级调理电路二由与压力传感器二 1-2相接的前级 放大电路二 2-12和与前级放大电路二 2-12相接的滤波电路二 2-22组成，所述信号前级 调理电路三由与压力传感器三1-3相接的前级放大电路三2-13和与前级放大电路三2-13 相接的滤波电路三2-23组成，所述信号前级调理电路四由与压力传感器四1-4相接的前级 放大电路四2-14和与前级放大电路四2-14相接的滤波电路四2-24组成。所述四个减法 器对应分别为与滤波电路一 2-21相接的减法器一 2-31、与滤波电路二 2-22相接的减法器 二 2-32、与滤波电路三2-23相接的减法器三2-33和与滤波电路四2_24相接的减法器四 2-34。所述减法器一 2-31、减法器二 2-32、减法器三2_33和减法器四2_34均与信号分时 复用电路2-4相接。本实施例中，所述控制器2-6为内部集成有A/D转换单元的单片机MSP430F149。 所述四个信号前级调理电路对应分别与所述四个减法器的正向输入端相接，D/A转换模块 2-7对应分别与所述四个减法器的反向输入端相接。所述四个信号前级调理电路包括分别 与所述四个压力传感器相接的四个前级放大电路和分别与所述四个前级放大电路相接的 四个滤波电路，所述四个滤波电路分别与所述四个减法器相接。所述压力传感器均为平行 梁式压力传感器，所述矩形平板为表面平滑的矩形硬质木板。所述数据通信模块4为短距离无线通信模块，并且所述短距离无线通信模块为ZigBee无线通信模块。所述信号前级调 理电路和与其相接的减法器由差分仪表放大器芯片LM324及其外围电路组成，信号分时复 用电路2-4为双4通道模拟多路开关⑶4052，所述D/A转换模块2_7和程控增益放大电路 2-5均由8位D/A转换器芯片DAC0832及外围电路组成。所述ZigBee无线通信模块包括 RFD (Reduced Function Device, RFD)节点3_1和与RFD节点3_1进行双向无线通信的协调 器节点3-2，所述RFD节点3-1包括与控制器2-6相接的芯片CC2430、与所述芯片CC 2430 相接的2. 4GHz射频天线以及相应的阻抗匹配电路；RFD (Reduced Function Device, RFD) 节点包括与上位机数据处理及显示系统4相接的串行通信接口电路、与所述串行通信接口 电路相接相接的芯片CC2430、与所述芯片CC2430相接的2. 4GHz射频天线以及相应的阻抗 匹配电路。结合图3，采用本实用新型进行竞赛机器人性能测试及显示的方法，包括以下步 骤步骤一、压力传感器初始检测值的信号采集与处理将被测试竞赛机器人放上所 述矩形平板之前，通过检测控制器2对此时所述四个压力传感器所检测的四个初始压力信 号进行相应处理并获得对应四个初始检测值后上传至控制器2-6，控制器2-6再将所述四 个压力传感器初始检测值存储在对应的存储单元中。步骤二、机器人运行状态信息的实时采集与处理，其实时采集与处理过程如下201、所述被测试竞赛机器人在所述矩形平板上进行相应运动(诸如行走、跳跃、 舞蹈等运动)过程中，所述四个压力传感器分别将其实时所检测的压力信号同步连续送至 所述四个信号前级调理电路，且通过所述四个信号前级调理电路分别同步对实时所检测压 力信号进行处理后相应获得随时间不断变化的四个实时检测值，之后所述四个信号前级调 理电路将所述四个实时检测值同步分别送至所述四个减法器的一个信号输入端；同时，控 制器2-6调取步骤一中存储在存储单元的四个初始检测值且将通过D/A转换模块2-7将四 个初始检测值均转换为模拟信号后同步分别送至所述四个减法器的另一个信号输入端；202、通过所述四个减法器对应分别对所输入的四个实时检测值和四个初始检测 值进行连续减法运算，并将所获得的四个减法运算结果通过信号分时复用电路2-4同步连 续上传至程控增益放大电路2-5进行程控增益放大处理后，再送至控制器2-6 ；203、通过控制器2-6对所述四个减法运算结果进行分析处理，相应获得被测试机 器人运动时对数据采集平台1所产生的四个随时间变化的实时压力值。步骤三、数据上传通过数据通信模块3将控制器2-6处理得出的所述四个随时间 变化的实时压力值同步上传至上位机数据处理及显示系统4。步骤四、机器人性能信息处理与显示所述上位机数据处理及显示系统4调用数 据处理模块对所接收到的所述四个随时间变化的实时压力值进行综合分析处理，并获得被 测试机器人在整个运动过程中的运行状态信息，同时上位机数据处理及显示系统4调用数 据显示模块对分析处理得出的运行状态信息进行同步显示。本实施例中，步骤四中所述上位机数据处理及显示系统4调用所述数据处理模块 对所接收到的所述四个随时间变化的实时压力值进行综合分析处理，其综合分析处理过程 包括以下步骤401、建立平面直角坐标系所述上位机数据处理及显示系统4调用所述数据处理模块以所述矩形平板左下方的顶点为坐标原点且分别以其横向宽度方向和纵向长度为X 轴和Y轴，建立平面直角坐标系；402、所述上位机数据处理及显示系统4调用所述数据处理模块根据公式
<formula>formula see original document page 7</formula>,将检测控制器2所传送的所述四个随时间变化的实时压力值
对应转换为被测试机器人的相应运行位置信息即被测试机器人当前位置的平面坐标(&， t)，其中W为所述矩形平板的横向幅宽，L为所述矩形平板的纵向长度，G为被测试机器人 所受重力，Fn、F2i、F3i和F4i分别为所述四个随时间变化的实时压力值且分别为压力传感器 一 1-1、压力传感器二 1-2、压力传感器三1-3和压力传感器四1-4所检测压力值经检测控 制器2处理后获得的四个实时压力值；403、所述上位机数据处理及显示系统4通过统计各时刻的平面坐标(X” YD，分析 处理得出被测试机器人整个运动过程中的运行状态信息。所述上位机数据处理及显示系统4中的所述数据处理模块和数据显示模块采用 Visual Basic6. 0结合Access 2003数据库开发，包括用户管理模块、串口通信模块、数据 分析与显示模块和系统维护模块四大模块。所述用户管理模块包括登陆界面、系统用户设 置界面，可实现系统用户的增加、修改、删除、密码设置、密码修改等功能；所述串口通信模 块主要实现系统的串口通信信息设置，设计实现了串口信息设置界面；所述数据分析与显 示模块主要实现机器人运行状态数据的读取、显示、存储、打印、查询、转化，机器人性能信 息显示、存储、打印等功能，设计实现了数据分析与显示界面；所述系统维护模块主要实现 将数据库文件备份到计算机硬盘内，以及将备份的数据重新还原到本系统软件中的功能， 设计实现了数据备份界面和数据恢复界面。为了使系统划分清楚明了，使用快捷方便，维护 简单，又设计了主界面，将以上所述各界面添加在主界面上，系统用户登录进入主界面后， 根据自己的需要，通过菜单或快捷按钮，可直接进入自己需要的功能模块。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根 据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍 属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求一种竞赛机器人性能测试及显示装置，其特征在于包括数据采集平台(1)、检测控制器(2)、上位机数据处理及显示系统(4)、实现检测控制器(2)与上位机数据处理及显示系统(4)间数据上传的数据通信模块(3)以及分别为数据采集平台(1)、检测控制器(2)和数据通信模块(3)供电的电源管理模块(5)，数据通信模块(3)分别与检测控制器(2)和上位机数据处理及显示系统(4)相接；所述数据采集平台(1)包括一纵向供机器人竞赛运动的矩形平板和分别安装在所述矩形平板四个顶点下方的四个压力传感器；所述检测控制器(2)包括控制器(2-6)、与控制器(2-6)相接且用于输出所述四个压力传感器初始检测值的D/A转换模块(2-7)、分别对所述四个压力传感器所输出实时检测信号进行处理的四个信号前级调理电路、分别对经所述四个信号前级调理电路处理后得到的实时检测值与所述初始检测值对应进行减法比较的四个减法器、分别与所述四个减法器相接且由控制器(2-6)进行控制的信号分时复用电路(2-4)和与信号分时复用电路(2-4)相接的程控增益放大电路(2-5)，程控增益放大电路(2-5)与控制器(2-6)相接；所述四个压力传感器对应分别与所述四个信号前级调理电路相接，所述四个信号前级调理电路对应分别与所述四个减法器相接；所述控制器(2-6)通过数据通信模块(3)将数据上传至上位机数据处理及显示系统(4)；所述四个压力传感器分别为安装在所述矩形平板右下方、右上方、左上方和左下方四个顶点下方的压力传感器一(1-1)、压力传感器二(1-2)、压力传感器三(1-3)和压力传感器四(1-4)。
2.按照权利要求1所述的一种竞赛机器人性能测试及显示装置，其特征在于所述四 个信号前级调理电路对应分别与所述四个减法器的正向输入端相接，D/A转换模块(2-7) 对应分别与所述四个减法器的反向输入端相接。
3.按照权利要求1或2所述的一种竞赛机器人性能测试及显示装置，其特征在于所 述四个信号前级调理电路包括分别与所述四个压力传感器相接的四个前级放大电路和分 别与所述四个前级放大电路相接的四个滤波电路，所述四个滤波电路分别与所述四个减法 器相接。
4.按照权利要求1或2所述的一种竞赛机器人性能测试及显示装置，其特征在于所 述控制器(2-6)为内部集成有A/D转换单元的单片机MSP430F149。
5.按照权利要求1或2所述的一种竞赛机器人性能测试及显示装置，其特征在于所 述压力传感器均为平行梁式压力传感器，所述矩形平板为表面平滑的矩形硬质木板。
6.按照权利要求1或2所述的一种竞赛机器人性能测试及显示装置，其特征在于所 述数据通信模块(4)为短距离无线通信模块。
7.按照权利要求6所述的一种竞赛机器人性能测试及显示装置，其特征在于所述短 距离无线通信模块为ZigBee无线通信模块。
专利摘要本实用新型公开了一种竞赛机器人性能测试及显示装置，包括数据采集平台、检测控制器、上位机数据处理及显示系统、实现检测控制器与上位机数据处理及显示系统间数据上传的数据通信模块以及电源管理模块；数据采集平台包括一纵向供机器人竞赛运动的矩形平板和分别安装在所述矩形平板四个顶点下方的四个压力传感器；检测控制器包括控制器、与控制器相接且用于输出四个压力传感器初始检测值的D/A转换模块、四个信号前级调理电路、四个减法器、信号分时复用电路和程控增益放大电路，程控增益放大电路与控制器相接。本实用新型设计合理、操作简便且智能化程度高、数据处理能力强，实现了竞赛机器人性能的快速测试及直观显示且使用效果好。
文档编号A63B71/06GK201583287SQ20092024549
公开日2010年9月15日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者房楞, 李艳春, 柴钰, 梁书玉, 武少辉, 苗瑞, 薛永华 申请人:西安科技大学