仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)量方法，屬于機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的不斷進(jìn)步，仿人機(jī)器人在工業(yè)、軍事、生活中的應(yīng)用越發(fā)突出，在社交、醫(yī)療、比賽等領(lǐng)域中，機(jī)器人的使用數(shù)量也在逐年攀升，而在各種機(jī)器人當(dāng)中，仿人機(jī)器人在工作中更具靈活性，不僅能代替人類完成程序化的工作任務(wù)，提高工作效率，而且在人類難于工作的環(huán)境中，日漸發(fā)揮重要的作用，仿人機(jī)器人較普通機(jī)器人更容易適應(yīng)工作環(huán)境，尤其是在不穩(wěn)定和障礙物多的環(huán)境中，仿人機(jī)器人技術(shù)已成為現(xiàn)如今各國(guó)研宄的熱門工程，而機(jī)器人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力決定了它們能否達(dá)到適應(yīng)人們的需求標(biāo)準(zhǔn)，而影響其適應(yīng)能力的主要方面便是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，為了使機(jī)器人在投入使用之前能達(dá)到這些要求，需要對(duì)機(jī)器人現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)量，一是確保機(jī)器人在正式投入使用時(shí)，具有良好的穩(wěn)定性。二是通過(guò)參考測(cè)量結(jié)果，改善機(jī)器人結(jié)構(gòu)以及控制程序，提高其穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)量方法，現(xiàn)有研宄技術(shù)方法中，主要針對(duì)某一部件進(jìn)行振動(dòng)分析，對(duì)于仿人機(jī)器人整體運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的測(cè)量是至關(guān)重要的。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)量方法，首先，在仿人機(jī)器人的各測(cè)量點(diǎn)粘貼壓電傳感器，機(jī)器人通電運(yùn)動(dòng)，通過(guò)LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)捕獲各動(dòng)作結(jié)束點(diǎn)以及各動(dòng)作轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近的振動(dòng)信號(hào)。通過(guò)計(jì)算機(jī)相應(yīng)的LMS分析軟件分析動(dòng)作結(jié)束及動(dòng)作轉(zhuǎn)折處的抖動(dòng)程度。參考抖動(dòng)程度，然后修改動(dòng)作程序可以有效改善機(jī)器人的動(dòng)作精確度并且降低動(dòng)作的不穩(wěn)定性。其次，將夾具固定到激振器上，將仿人機(jī)器人的雙腳固定在夾具上。機(jī)器人通電并保持某一固定動(dòng)作，通過(guò)給予外激勵(lì)信號(hào)，利用LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)和Polytec激光測(cè)振儀測(cè)量振動(dòng)信號(hào)。通過(guò)測(cè)試結(jié)果，可分析仿人機(jī)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定程度，可通過(guò)機(jī)器人身體不同部位的振動(dòng)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)部位的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0005]如圖1所示，本方法的具體實(shí)施步驟如下，
[0006]步驟一:仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性測(cè)量。
[0007]在仿人機(jī)器人身體的各個(gè)需要測(cè)量的位置粘貼壓電傳感器，測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示，將機(jī)器人置于平地，將壓電傳感器與LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)連接，將LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)連接。設(shè)定LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)，給機(jī)器人通電，使其按照編程動(dòng)作運(yùn)動(dòng)，LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)將各測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)捕獲，分析各測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。測(cè)量點(diǎn)I和測(cè)量點(diǎn)2設(shè)置在整體機(jī)身上，以反映機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)速度、加速度、位移，測(cè)點(diǎn)3和測(cè)點(diǎn)4設(shè)置在機(jī)器人手臂上，以反映機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、位移；測(cè)點(diǎn)6和測(cè)點(diǎn)7設(shè)置在機(jī)器人足部，以反映機(jī)器人足部的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、位移。測(cè)點(diǎn)5設(shè)置在機(jī)器人腿部。設(shè)定機(jī)器人的動(dòng)作為緩慢向前走動(dòng)，則機(jī)器人的手臂動(dòng)作為緩慢前后擺動(dòng)，機(jī)器人的腿部動(dòng)作為緩慢前后擺動(dòng)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)4和測(cè)量點(diǎn)5分別用Polytec激光測(cè)振儀測(cè)量振動(dòng)信號(hào)，此時(shí)需要用到兩個(gè)Polytec激光探頭。由于機(jī)器人在緩慢運(yùn)動(dòng)，而Polytec激光測(cè)振儀打出的紅色光點(diǎn)是固定不動(dòng)的，所以Polytec激光測(cè)振儀測(cè)得的數(shù)據(jù)是測(cè)量點(diǎn)4所在的曲線和測(cè)量點(diǎn)5所在的曲線的振動(dòng)數(shù)據(jù)。在整個(gè)的測(cè)量過(guò)程中需要確保其中一個(gè)Polytec激光探頭打出的紅色光點(diǎn)始終在測(cè)量點(diǎn)4所在的平面上，確保另外一個(gè)Polytec激光探頭打出的紅色光點(diǎn)始終在測(cè)量點(diǎn)5所在的平面上。該測(cè)量結(jié)果能夠反映機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中手臂和腿部的左右偏移程度。
[0008]設(shè)定機(jī)器人實(shí)現(xiàn)間斷性的簡(jiǎn)單動(dòng)作，應(yīng)用LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)測(cè)量動(dòng)作結(jié)束時(shí)一小段時(shí)域內(nèi)的速度、加速度、位移信息，通過(guò)測(cè)量結(jié)果分析動(dòng)作結(jié)束點(diǎn)的抖動(dòng)程度與延遲程度。
[0009]設(shè)定機(jī)器人實(shí)現(xiàn)一系列連續(xù)性動(dòng)作，通過(guò)LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)測(cè)量機(jī)器人各個(gè)測(cè)量點(diǎn)在一個(gè)動(dòng)作過(guò)渡到另一個(gè)動(dòng)作時(shí)的動(dòng)作轉(zhuǎn)折時(shí)一小段時(shí)域內(nèi)的速度、加速度、位移的測(cè)量。通過(guò)分析測(cè)量結(jié)果，可知?jiǎng)幼鬓D(zhuǎn)折處機(jī)器人的穩(wěn)定性。
[0010]步驟二:仿人機(jī)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)量。
[0011]如圖4所示，仿人機(jī)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)量實(shí)驗(yàn)夾具由一塊方板、一塊圓板以及支架組成，方板和圓板分別與支架焊接在一起。所述方板上打有夾持固定孔，圓板上打有底板固定孔。用螺栓將夾具固定在激振器上，將仿人機(jī)器人雙腳固定在夾具上，將壓電傳感器分別粘貼在各個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)I除外，如圖2所示。將Polytec激光測(cè)振儀打出的紅色光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)1，將LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)連接。以1Hz為起始激勵(lì)頻率，以5Hz為幅度遞增到100Hz，在此過(guò)程中激勵(lì)加速度保持Ig不變，各個(gè)外激勵(lì)頻率都需要機(jī)器人在振動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)下測(cè)量數(shù)據(jù)，然后再增大外激勵(lì)頻率進(jìn)入下一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)測(cè)量。將各測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的加速度數(shù)據(jù)與給予的Ig加速度比較，可衡量仿人機(jī)器人結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，通過(guò)比較測(cè)量點(diǎn)I的測(cè)量結(jié)果與測(cè)量點(diǎn)6的測(cè)量結(jié)果，判定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0012]如圖3所示，設(shè)定仿人機(jī)器人的左臂前伸，測(cè)量在外激勵(lì)頻率從1Hz以5Hz遞增到100Hz，各頻率時(shí)測(cè)量點(diǎn)3的加速度，通過(guò)測(cè)量結(jié)果可分析手臂外伸狀態(tài)下機(jī)器人結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0013]所述仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測(cè)量方法中，夾具的材料為鋁、鋁合金、鐵或鋼的一種。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]可以準(zhǔn)確測(cè)量仿人機(jī)器人身體各部位在動(dòng)作過(guò)程中的速度、加速度以及位移信號(hào)，進(jìn)而分析運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的抖動(dòng)情況以及實(shí)際動(dòng)作偏離預(yù)設(shè)動(dòng)作的程度。通過(guò)給予外部激勵(lì)，可以測(cè)量仿人機(jī)器人結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本方法實(shí)施流程圖；
[0017]圖2為仿人機(jī)器人站立狀態(tài)下各測(cè)點(diǎn)的示意圖；
[0018]圖3為仿人機(jī)器人左臂前伸狀態(tài)下臂端測(cè)點(diǎn)示意圖；
[0019]圖4為本方法所用夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本方法的具體實(shí)施步驟如下，
[0021]步驟一:仿人機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性測(cè)量。
[0022]在仿人機(jī)器人身體的各個(gè)需要測(cè)量的位置粘貼壓電傳感器，測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示，將機(jī)器人置于平地，將壓電傳感器與LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)連接，將LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)連接。設(shè)定LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)，給機(jī)器人通電，使其按照編程動(dòng)作運(yùn)動(dòng)，LMS動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)將各測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)捕獲，分析各測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。測(cè)量點(diǎn)I和測(cè)量點(diǎn)2反映機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)速度、加速度、位移，測(cè)點(diǎn)3和測(cè)點(diǎn)4反映機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、位移，測(cè)點(diǎn)6和測(cè)點(diǎn)7反映機(jī)器人足部的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、位移。設(shè)定機(jī)器人的動(dòng)作為緩慢向前走動(dòng)，則機(jī)器人的手臂動(dòng)作為緩慢前后擺動(dòng)，機(jī)器人的腿部動(dòng)作為緩慢前后擺動(dòng)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)4和測(cè)量點(diǎn)5分別用Polytec激光測(cè)振儀測(cè)量振動(dòng)信號(hào)，這里需要用到兩個(gè)Polytec激光探頭。由于機(jī)器人在緩慢運(yùn)動(dòng)，而Polytec激光測(cè)振儀打出的紅色光點(diǎn)是固