[发明专利]一种多关节机器人动力学半物理仿真平台

说明书

本发明公开一种多关节机器人动力学半物理仿真平台，该平台包括多组关节半物理仿真模块、信号采集模块和控制模块；所述关节半物理仿真模块包括依次连接的机器人关节驱动电机、位置传感器、扭矩传感器、磁粉离合器和变惯量加载机构。本发明能够满足不同类型机器人的不同位置关节的动力学测试，同时实现对多关节进行同步性能测试。每组仿真模块的动力学测试范围更宽，有效地模拟测试不同工况下的机器人各关节的动力学性能。本发明设计结构简单，易于实现，具有较高的安全性和可靠性。本发明对机器人动力学验证与优化具有重要意义。

技术领域

本发明属于机器人的性能仿真测试技术领域，主要涉及一种多关节机器人动力学半物理仿真平台。

背景技术

随着我国“2025智能制造”、“产业升级”、“走出去”的步伐加快，机器人领域亟需提升产品性能，工业机器人伺服系统产品性能优化验证尤为重要。

机器人涵盖了焊接、分拣、组装、码垛等应用背景，均属于我国智能机器人研究与发展的重要方向。一种精确地测试多关节机器人动力学半物理仿真平台成为研究的迫切需要。而目前，国内大多数测试系统，往往通过计算机仿真技术或物理样机进行方法的验证，然而计算机仿真技术往往存在不确定性；实验样机会产生较大的成本消耗，样机本体一旦组装完成，其调试困难且容易造成样机损坏。因此，设计一款多关节机器人动力学半物理仿真平台具有重要价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明设计了一种多关节机器人动力学半物理仿真平台，实现了多关节机器人根据不同负载惯量的要求，对各个位置关节进行动力学同步性能测试，验证机器人各关节在组装运行后所需要的性能参数。

本发明提供一种多关节机器人动力学半物理仿真平台，包括：多组关节半物理仿真模块、信号采集模块和控制模块；所述关节半物理仿真模块用于模拟输出机器人关节在不同负载转动惯量下的速度、位置、扭矩和转动惯量；所述信号采集模块用于采集不同机器人关节在测试过程中的速度、位置、扭矩和转动惯量；所述控制模块用于对多组关节半物理仿真模块实时控制，并接收信号采集模块检测的测试数据；

所述关节半物理仿真模块包括依次连接的机器人关节驱动电机、位置传感器、扭矩传感器、磁粉离合器和变惯量加载机构；所述机器人关节驱动电机，根据所模拟的不同关节位置采用不同功率的驱动电机，作为关节半物理仿真模块的测试电机；变惯量加载机构用于输出时变的负载转动惯量；所述磁粉离合器根据控制模块的控制指令调节激励电流的大小以输出不同的制动力矩，模拟突变的外部负载扰动量；所述位置传感器用于获取机器人关节在不同负载转动惯量和外部负载扰动量下的位置和速度信息；所述扭矩传感器用于获取机器人关节在不同负载转动惯量和外部负载扰动量下所产生的实时扭矩信息。

在本发明的多关节机器人动力学半物理仿真平台中，所述变惯量加载机构包括：变惯量控制电机、第一输入齿轮、第二输入齿轮，第一质量块支撑板、第一质量块、第一变惯量连杆、第二变惯量连杆、第二变惯量连接套、螺母、第一止旋连杆、第二止旋连杆、止旋固定套、第三止旋连杆、第四止旋连杆、丝杠、第三变惯量连杆、第四变惯量连杆、第二质量块、第二质量块支撑板和第一变惯量连接套；

所述变惯量控制电机与所述丝杠连接，根据控制模块输出的变惯量控制信号驱动所述丝杠旋转；所述第一输入齿轮与磁粉离合器连接并与第二输入齿轮相啮合；所述第二输入齿轮与第一变惯量连接套连接，第一变惯量连接套通过轴承支撑在所述丝杠上；

所述第一变惯量连杆一端与第一变惯量连接套连接，另一端与所述第二变惯量连杆连接，所述第二变惯量连接杆的另一端与第二变惯量连接套连接，所述第一质量块通过所述第一质量块支撑板与第一变惯量连杆连接；第三变惯量连杆一端与第一变惯量连接套连接，另一端与所述第四变惯量连杆连接，所述第四变惯量连接杆的另一端与第二变惯量连接套连接，所述第二质量块通过所述第二质量块支撑板与第三变惯量连杆连接；所述第二变惯量连接套通过轴承支撑在所述螺母上；所述螺母支撑在丝杠之上随丝杆转动沿丝杆做直线运动；