CN104792559B - 仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法，首先，在仿人机器人的各测量点粘贴压电传感器，通过LMS动态信号采集***捕获各动作结束点以及各动作转折点附近的振动信号。通过计算机相应的LMS分析软件分析动作结束及动作转折处的抖动程度。参考抖动程度，然后修改动作程序可以有效改善机器人的动作精确度并且降低动作的不稳定性。通过测试结果，可分析仿人机器人结构稳定程度，可通过机器人身体不同部位的振动测量结果进行相应部位的结构优化设计，提高整体结构的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法，属于机器人设计与控制领域。
背景技术
随着科技的不断进步，仿人机器人在工业、军事、生活中的应用越发突出，在社交、医疗、比赛等领域中，机器人的使用数量也在逐年攀升，而在各种机器人当中，仿人机器人在工作中更具灵活性，不仅能代替人类完成程序化的工作任务，提高工作效率，而且在人类难于工作的环境中，日渐发挥重要的作用，仿人机器人较普通机器人更容易适应工作环境，尤其是在不稳定和障碍物多的环境中，仿人机器人技术已成为现如今各国研究的热门工程，而机器人对环境的适应能力决定了它们能否达到适应人们的需求标准，而影响其适应能力的主要方面便是机器人的运动稳定性与结构稳定性。因此，为了使机器人在投入使用之前能达到这些要求，需要对机器人现有的结构和控制***在实验室中进行运动稳定性与结构稳定性测量，一是确保机器人在正式投入使用时，具有良好的稳定性。二是通过参考测量结果，改善机器人结构以及控制程序，提高其稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法，现有研究技术方法中，主要针对某一部件进行振动分析，对于仿人机器人整体运动稳定性与结构稳定性的测量是至关重要的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法，首先，在仿人机器人的各测量点粘贴压电传感器，机器人通电运动，通过LMS动态信号采集***捕获各动作结束点以及各动作转折点附近的振动信号。通过计算机相应的LMS分析软件分析动作结束及动作转折处的抖动程度。参考抖动程度，然后修改动作程序可以有效改善机器人的动作精确度并且降低动作的不稳定性。其次，将夹具固定到激振器上，将仿人机器人的双脚固定在夹具上。机器人通电并保持某一固定动作，通过给予外激励信号，利用LMS动态信号采集***和Polytec激光测振仪测量振动信号。通过测试结果，可分析仿人机器人结构稳定程度，可通过机器人身体不同部位的振动测量结果进行相应部位的结构优化设计，提高整体结构的稳定性。
如图1所示，本方法的具体实施步骤如下，
步骤一：仿人机器人运动稳定性测量。
在仿人机器人身体的各个需要测量的位置粘贴压电传感器，测点位置如图2所示，将机器人置于平地，将压电传感器与LMS动态信号采集***连接，将LMS动态信号采集***与计算机连接。设定LMS动态信号采集***的测量参数，给机器人通电，使其按照编程动作运动，LMS动态信号采集***将各测点的运动信号捕获，分析各测点的运动情况。测量点1和测量点2设置在整体机身上，以反映机器人的整体运动速度、加速度、位移，测点3和测点4设置在机器人手臂上，以反映机器人手臂的运动速度、加速度、位移；测点6和测点7设置在机器人足部，以反映机器人足部的运动速度、加速度、位移。测点5设置在机器人腿部。设定机器人的动作为缓慢向前走动，则机器人的手臂动作为缓慢前后摆动，机器人的腿部动作为缓慢前后摆动，对测量点4和测量点5分别用Polytec激光测振仪测量振动信号，此时需要用到两个Polytec激光探头。由于机器人在缓慢运动，而Polytec激光测振仪打出的红色光点是固定不动的，所以Polytec激光测振仪测得的数据是测量点4所在的曲线和测量点5所在的曲线的振动数据。在整个的测量过程中需要确保其中一个Polytec激光探头打出的红色光点始终在测量点4所在的平面上，确保另外一个Polytec激光探头打出的红色光点始终在测量点5所在的平面上。该测量结果能够反映机器人运动过程中手臂和腿部的左右偏移程度。
设定机器人实现间断性的简单动作，应用LMS动态信号采集***测量动作结束时一小段时域内的速度、加速度、位移信息，通过测量结果分析动作结束点的抖动程度与延迟程度。
设定机器人实现一系列连续性动作，通过LMS动态信号采集***测量机器人各个测量点在一个动作过渡到另一个动作时的动作转折时一小段时域内的速度、加速度、位移的测量。通过分析测量结果，可知动作转折处机器人的稳定性。
步骤二：仿人机器人结构稳定性测量。
如图4所示，仿人机器人结构稳定性测量实验夹具由一块方板、一块圆板以及支架组成，方板和圆板分别与支架焊接在一起。所述方板上打有夹持固定孔，圆板上打有底板固定孔。用螺栓将夹具固定在激振器上，将仿人机器人双脚固定在夹具上，将压电传感器分别粘贴在各个测量点，测量点1除外，如图2所示。将Polytec激光测振仪打出的红色光点对准测量点1，将LMS动态信号采集***与计算机连接。以10Hz为起始激励频率，以5Hz为幅度递增到100Hz，在此过程中激励加速度保持1g不变，各个外激励频率都需要机器人在振动稳定状态下测量数据，然后再增大外激励频率进入下一个稳定状态测量。将各测量点对应的加速度数据与给予的1g加速度比较，可衡量仿人机器人结构的稳定性。此外，通过比较测量点1的测量结果与测量点6的测量结果，判定实验结果的准确性。
如图3所示，设定仿人机器人的左臂前伸，测量在外激励频率从10Hz以5Hz递增到100Hz，各频率时测量点3的加速度，通过测量结果可分析手臂外伸状态下机器人结构的稳定性。
所述仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法中，夹具的材料为铝、铝合金、铁或钢的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
可以准确测量仿人机器人身体各部位在动作过程中的速度、加速度以及位移信号，进而分析运动过程中各个测量点的抖动情况以及实际动作偏离预设动作的程度。通过给予外部激励，可以测量仿人机器人结构的稳定性。
附图说明
图1为本方法实施流程图；
图2为仿人机器人站立状态下各测点的示意图；
图3为仿人机器人左臂前伸状态下臂端测点示意图；
图4为本方法所用夹具的结构示意图；
具体实施方式
如图1所示，本方法的具体实施步骤如下，
步骤一：仿人机器人运动稳定性测量。
在仿人机器人身体的各个需要测量的位置粘贴压电传感器，测点位置如图2所示，将机器人置于平地，将压电传感器与LMS动态信号采集***连接，将LMS动态信号采集***与计算机连接。设定LMS动态信号采集***的测量参数，给机器人通电，使其按照编程动作运动，LMS动态信号采集***将各测点的运动信号捕获，分析各测点的运动情况。测量点1和测量点2反映机器人的整体运动速度、加速度、位移，测点3和测点4反映机器人手臂的运动速度、加速度、位移，测点6和测点7反映机器人足部的运动速度、加速度、位移。设定机器人的动作为缓慢向前走动，则机器人的手臂动作为缓慢前后摆动，机器人的腿部动作为缓慢前后摆动，对测量点4和测量点5分别用Polytec激光测振仪测量振动信号，这里需要用到两个Polytec激光探头。由于机器人在缓慢运动，而Polytec激光测振仪打出的红色光点是固定不动的，所以Polytec激光测振仪测得的数据是测量点4所在的曲线和测量点5所在的曲线的振动数据。在整个的测量过程中需要确保其中一个Polytec激光探头打出的红色光点始终在测量点4所在的平面上，确保另外一个Polytec激光探头打出的红色光点始终在测量点5所在的平面上。该测量结果能够反映机器人运动过程中手臂和腿部的左右偏移程度。
设定机器人实现间断性的简单动作，应用LMS动态信号采集***测量动作结束时一小段时域内的速度、加速度、位移信息，通过测量结果分析动作结束点的抖动程度与延迟程度。
设定机器人实现一系列连续性动作，通过LMS动态信号采集***测量机器人各个测量点在一个动作过渡到另一个动作时的动作转折时一小段时域内的速度、加速度、位移的测量。通过分析测量结果，可知动作转折处机器人的稳定性。
步骤二：仿人机器人结构稳定性测量。
如图4所示，仿人机器人结构稳定性测量实验夹具由一块方板、一块圆板以及支架组成，方板和圆板分别与支架焊接在一起。所述方板上打有夹持固定孔，圆板上打有底板固定孔。用螺栓将夹具固定在激振器上，将仿人机器人双脚固定在夹具上，将压电传感器分别粘贴在各个测量点，测量点1除外，如图2所示。将Polytec激光测振仪打出的红色光点对准测量点1，将LMS动态信号采集***与计算机连接。以10Hz为起始激励频率，以5Hz为幅度递增到100Hz，在此过程中激励加速度保持1g不变，各个外激励频率都需要机器人在振动稳定状态下测量数据，然后再增大外激励频率进入下一个稳定状态测量。将各测量点对应的加速度数据与给予的1g加速度比较，可衡量仿人机器人结构的稳定性。此外，通过比较测量点1的测量结果与测量点6的测量结果，可以判定实验结果的准确性。
如图3所示，设定仿人机器人的左臂前伸，测量在外激励频率从10Hz以5Hz递增到100Hz，各频率时测量点3的加速度，通过测量结果可分析手臂外伸状态下机器人结构的稳定性。
所述仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法中，夹具的材料为铝、铝合金、铁或钢的一种。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出一定程度的改变，这些均属于本发明的保护范畴。
Claims (2)
1.仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法，其特征在于：首先，在仿人机器人的各测量点粘贴压电传感器，机器人通电运动，通过LMS动态信号采集***捕获各动作结束点以及各动作转折点附近的振动信号；通过计算机相应的LMS分析软件分析动作结束及动作转折处的抖动程度；参考抖动程度，然后修改动作程序有效改善机器人的动作精确度并且降低动作的不稳定性；其次，将夹具固定到激振器上，将仿人机器人的双脚固定在夹具上；机器人通电并保持某一固定动作，通过给予外激励信号，利用LMS动态信号采集***和Polytec激光测振仪测量振动信号；通过测试结果，可分析仿人机器人结构稳定程度，可通过机器人身体不同部位的振动测量结果进行相应部位的结构优化设计，提高整体结构的稳定性；
本方法的具体实施步骤如下，
步骤一：仿人机器人运动稳定性测量；
在仿人机器人身体的各个需要测量的位置粘贴压电传感器，将机器人置于平地，将压电传感器与LMS动态信号采集***连接，将LMS动态信号采集***与计算机连接；设定LMS动态信号采集***的测量参数，给机器人通电，使其按照编程动作运动，LMS动态信号采集***将各测量点的运动信号捕获，分析各测量点的运动情况；测量点1和测量点2设置在整体机身上，以反映机器人的整体运动速度、加速度、位移，测量点3和测量点4设置在机器人手臂上，以反映机器人手臂的运动速度、加速度、位移；测量点6和测量点7设置在机器人足部，以反映机器人足部的运动速度、加速度、位移；测量点5设置在机器人腿部；设定机器人的动作为缓慢向前走动，则机器人的手臂动作为缓慢前后摆动，机器人的腿部动作为缓慢前后摆动，对测量点4和测量点5分别用Polytec激光测振仪测量振动信号，此时需要用到两个Polytec激光探头；由于机器人在缓慢运动，而Polytec激光测振仪打出的红色光点是固定不动的，所以Polytec激光测振仪测得的数据是测量点4所在的曲线和测量点5所在的曲线的振动数据；在整个的测量过程中需要确保其中一个Polytec激光探头打出的红色光点始终在测量点4所在的平面上，确保另外一个Polytec激光探头打出的红色光点始终在测量点5所在的平面上；该测量结果能够反映机器人运动过程中手臂和腿部的左右偏移程度；
设定机器人实现间断性的简单动作，应用LMS动态信号采集***测量动作结束时一小段时域内的速度、加速度、位移信息，通过测量结果分析动作结束点的抖动程度与延迟程度；
设定机器人实现一系列连续性动作，通过LMS动态信号采集***测量机器人各个测量点在一个动作过渡到另一个动作时的动作转折时一小段时域内的速度、加速度、位移的测量；通过分析测量结果，可知动作转折处机器人的稳定性；
步骤二：仿人机器人结构稳定性测量；
仿人机器人结构稳定性测量实验夹具由一块方板、一块圆板以及支架组成，方板和圆板分别与支架焊接在一起；所述方板上打有夹持固定孔，圆板上打有底板固定孔；用螺栓将夹具固定在激振器上，将仿人机器人双脚固定在夹具上，将压电传感器分别粘贴在各个测量点，测量点1除外；将Polytec激光测振仪打出的红色光点对准测量点1，将LMS动态信号采集***与计算机连接；以10Hz为起始激励频率，以5Hz为幅度递增到100Hz，在此过程中激励加速度保持1g不变，各个外激励频率都需要机器人在振动稳定状态下测量数据，然后再增大外激励频率进入下一个稳定状态测量；将各测量点对应的加速度数据与给予的1g加速度比较，可衡量仿人机器人结构的稳定性；此外，通过比较测量点1的测量结果与测量点6的测量结果，判定实验结果的准确性；
设定仿人机器人的左臂前伸，测量在外激励频率从10Hz以5Hz递增到100Hz，各频率时测量点3的加速度，通过测量结果可分析手臂外伸状态下机器人结构的稳定性。
2.根据权利要求1所述的仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法，其特征在于：所述仿人机器人运动稳定性与结构稳定性测量方法中，夹具的材料为铝、铝合金、铁或钢的一种。
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