一种主动式万向脚轮性能测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种万向脚轮测试装置，特别是涉及一种主动式万向脚轮性能测试装置。

背景技术：

目前，随着国内移动机器人agv/amr需求量持续放大，其市场规模的增长趋势迅猛。2018年中国移动机器人销量已达到2.96万台，同比增长119％，市场规模达到42.5亿元，较2017年实现42.5％的增长。2019年市场规模达到61.75亿元，增长率为45.2％，移动机器人全类产品新增量突破33400台，增长约12.8％。与此同时，行业内高新技术企业也不断涌现，其中一类企业专注于agv/amr核心驱动部件的研发，设计开发了能够实现360°无摩擦转向及滚动功能的主动式万向脚轮，主要包括解耦式主动万向脚轮、双轮毂主动万向脚轮两类，其主要技术特点是机动灵活、零转弯半径、驱动效率高、定位精确，作为agv/amr的驱动单元，能够提升其运动性能，适合在狭窄空间工作，并能够实现复杂运动的轨迹规划。

主动式万向脚轮的优点虽然比较明显，但当前却还没有一款专门针对其运动特点进行测试的装置，究其原因是由于万向脚轮在旋转和滚动两个自由度中都是主动驱动方式，在测试过程中应兼顾旋转及滚动的测试要求，设计难度较高。在传统的测试方法中，一般是将多个脚轮同时安装在一个agv/amr的底盘上，通过对移动机器人整体性能的测试结果来推算单个脚轮的性能参数。由于这种测试方法增加了底盘在结构设计、脚轮间的耦合关系等不确定因素，同时还受制于测试环境，如地面平整度、粗糙度、坡度等因素的影响，造成单个脚轮实际性能参数测量的不准确。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种主动式万向脚轮性能测试装置，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本发明的一些实施例提供了一种主动式万向脚轮性能测试装置，其包括脚轮滑动平台、脚轮测试平台、压力加载机构、力传感机构和位置感应机构，所述脚轮滑动平台的台面与脚轮测试平台的台面平行设置，所述力传感机构和位置感应机构均设置在脚轮测试平台或脚轮滑动平台上；

在对主动式万向脚轮进行性能测试时，所述主动式万向脚轮顶端与脚轮滑动平台台面滑动配合或滚动配合，底端的脚轮部件设置在脚轮测试平台台面上，并且所述主动式万向脚轮能够在脚轮测试平台台面上自由移动；

所述压力加载机构至少用于沿设定方向向主动式万向脚轮加载压力，所述设定方向与脚轮测试平台台面垂直；

所述力传感机构至少用于检测加载到主动式万向脚轮上的压力数值；

所述位置感应机构至少用于监测主动式万向脚轮在脚轮测试平台台面上的实时位置。

在一些实施方式中，所述压力加载机构与脚轮滑动平台、脚轮测试平台中的任一者传动连接，该任一者与沿所述设定方向延伸的导轨滑动配合或滚动配合，并能够在压力加载机构的驱使下沿导轨向脚轮滑动平台和脚轮测试平台中的另一者移动。

在一些实施方式中，所述压力加载机构与压力加载平台连接，所述压力加载平台经压力传导机构与脚轮测试平台连接，所述力传感机构设置在压力传导机构与脚轮测试平台之间。

在一些实施方式中，所述力传感装置用于检测和计算加载到主动式万向脚轮上的压力数值，并将所述压力数值反馈到压力加载机构的控制模块。

在一些实施方式中，所述主动式万向脚轮顶端固定连接有脚轮滑动板，所述脚轮滑动板与脚轮滑动平台台面滑动配合或滚动配合。

在一些实施方式中，所述脚轮滑动平台的台面上分布有与脚轮滑动板配合的多个万向球牛眼轴承，所述多个万向球牛眼轴承的承压总和大于主动式万向脚轮的最大载重要求。

在一些实施方式中，所述多个万向球牛眼轴承安装在轴承安装平台上，所述轴承安装平台的承压能力大于主动式万向脚轮的最大载重要求。

在一些实施方式中，所述主动式万向脚轮包括解耦式主动万向脚轮或双轮毂主动万向脚轮。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的主动式万向脚轮性能测试装置是针对主动式万向脚轮的运动特点及性能测试要求而设计，能够准确测量主动式万向脚轮在不同压力下，即不同有效负载下的各项参数，从而能够在移动机器人agv/amr系统开发之前更加准确的评估其整机性能，提高开发效率，在充分发挥万向脚轮的性能优势的同时有效节约系统开发成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中一种主动式万向脚轮性能测试装置的结构示意图。

具体实施方式

如前所述，鉴于现有技术的不足，本实用新型的发明人经长期研究和大量实践，得以提出一种主动式万向脚轮性能测试装置，其是针对主动式万向脚轮机动灵活、零转弯半径、驱动效率高、定位精确等技术特点进行设计，能够满足单个主动式万向脚轮的性能测试需求，测试内容包括但不限于转向速度、转向角度、转向加速度、滚动速度、定位精度、滚动加速度、驱动效率、有效载重等性能参数。由于主动式万向脚轮是agv/amr的核心驱动部件，实现其性能参数的准确测量，便能够在移动机器人系统开发之前更加准确的评估其整机性能，验证设计方案可行性，提高开发效率。例如，利用所述主动式万向脚轮性能测试装置，可以根据agv/amr在有效载重、运行速度、工作环境等方面的设计需求，参考单个主动式万向脚轮的性能参数，能够准确选择所需要的最大脚轮数量，在充分发挥主动式万向脚轮性能优势的同时有效节约系统开发成本，提高开发效率。

本说明书中所述的主动式万向脚轮可以是本领域已知的类型，其主要特点是在转向和滚动两个自由度实现主动驱动，其类别包括但不限于解耦式主动万向脚轮、双轮毂主动万向脚轮等。

其中，所述解耦式主动万向脚轮的主要特点是脚轮转向和滚动的动作是由各自独立的驱动模块实现的，而且转向与滚动相互解耦，即转向动作不会影响到滚动动作，同样滚动动作不会影响到转向动作。通过驱动模块的速度控制，实现脚轮在转向和滚动上的速度控制。解耦式主动万向脚轮的类别包括但不限于齿轮传动解耦式主动万向脚轮、转向/轮毂电机解耦式主动万向脚轮。

所述齿轮传动解耦式主动万向脚轮，其主要是利用两台伺服电机作为驱动模块，分别驱动脚轮转向和滚动。脚轮内部通过齿轮传动设计实现转向与滚动解耦。

所述转向/轮毂电机解耦式主动万向脚轮，其主要是利用转向直驱力矩电机与轮毂电机分别驱动脚轮转向和滚动。脚轮通过软件控制算法实现转向与滚动解耦。

所述双轮毂主动万向脚轮，其主要是利用左右两个轮毂对转、正转、反转的配合，包括各轮毂在转动方向、转动速度上的配合，实现万向脚轮的转动动作和滚动动作。两个轮毂左右对称分布，各个轮毂的驱动模块相对独立。双轮毂主动万向脚轮的类别包括但不限于齿轮传动双轮毂主动万向脚轮、双轮毂电机主动万向脚轮。

所述齿轮传动双轮毂主动万向脚轮，其主要是利用两台伺服电机作为驱动模块，通过脚轮内部的齿轮传动设计分别控制对应轮毂。通过软件算法控制两个轮毂的转动方向和转动速度，实现万向脚轮的转向运动和滚动运动。

所述双轮毂电机主动万向脚轮，其直接利用轮毂电机作为驱动单元，两个轮毂电机左右对称分布，各个轮毂电机相对独立控制。通过软件算法控制两个轮毂电机的转动方向和转动速度，实现万向脚轮的转向运动和滚动运动。

本发明一些实施例提供的一种主动式万向脚轮性能测试装置包括脚轮滑动平台、脚轮测试平台、压力加载机构、力传感机构和位置感应机构，所述脚轮滑动平台的台面与脚轮测试平台的台面平行设置；

在对主动式万向脚轮进行性能测试时，所述主动式万向脚轮顶端与脚轮滑动平台台面滑动配合或滚动配合，底端的脚轮部件设置在脚轮测试平台台面上，并且所述主动式万向脚轮能够在脚轮测试平台台面上自由移动；

所述压力加载机构至少用于沿设定方向向主动式万向脚轮加载压力，所述设定方向与脚轮测试平台台面垂直；

所述力传感机构至少用于检测加载到主动式万向脚轮上的压力数值；

所述位置感应机构至少用于监测主动式万向脚轮在脚轮测试平台台面上的实时位置。

在一些实施方式中，所述压力加载机构与脚轮滑动平台、脚轮测试平台中的任一者传动连接，该任一者与沿所述设定方向延伸的导轨滑动配合或滚动配合，并能够在压力加载机构的驱使下沿导轨向脚轮滑动平台和脚轮测试平台中的另一者移动。

在一些实施方式中，所述脚轮测试平台与导轨滑动配合或滚动配合，并且所述脚轮测试平台与压力加载机构连接。

在一些实施方式中，所述脚轮测试平台台面贴装有位置感应机构。

在一些实施方式中，所述脚轮测试平台与压力加载机构之间安装有力传感机构。

在一些实施方式中，所述脚轮测试平台安装有与导轨配合的滑块。

在一些实施方式中，所述压力加载机构与压力加载平台连接，所述压力加载平台经压力传导机构与脚轮测试平台连接，所述力传感机构设置在压力传导机构与脚轮测试平台之间。

在一些实施方式中，所述力传感装置用于检测和计算加载到主动式万向脚轮上的压力数值，并将所述压力数值反馈到压力加载机构的控制模块。

在一些实施方式中，所述位置感应机构包括但不限于电容式压力位置感应装置、电阻式压力位置感应装置、远红外位置感应装置、接触式位置感应装置、视觉识别位置感应装置中的任意一种或多种的组合。

在一些实施方式中，所述压力加载平台与脚轮滑动平台、脚轮测试平台平行设置。

在一些实施方式中，所述压力加载机构还与驱动机构连接。

在一些实施方式中，所述压力加载机构安装在支撑平台上。

在一些实施方式中，所述支撑平台与压力加载平台、脚轮滑动平台、脚轮测试平台平行设置。

在一些实施方式中，所述主动式万向脚轮顶端固定连接有脚轮滑动板，所述脚轮滑动板与脚轮滑动平台台面滑动配合或滚动配合。

在一些实施方式中，所述脚轮滑动平台的台面上分布有与脚轮滑动板配合的多个万向球牛眼轴承，所述多个万向球牛眼轴承的承压总和大于主动式万向脚轮的最大载重要求。

在一些实施方式中，所述脚轮滑动板通过脚轮顶端固定夹具与主动式万向脚轮顶端固定连接。

在一些实施方式中，所述脚轮滑动平台的台面上布满万向球牛眼轴承。

在一些实施方式中，所述多个万向球牛眼轴承安装在轴承安装平台上，所述轴承安装平台的承压能力大于主动式万向脚轮的最大载重要求。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1所示，本实用新型一典型实施例中提供的一种主动万向脚轮性能测试装置整体呈箱体结构，其包括支撑平台1、脚轮滑动平台2、脚轮测试平台3、压力加载平台4等，该支撑平台1通过支撑脚5设置在地面或其它支撑面上。

进一步的，所述箱体结构的长、宽、高等具体尺寸可以依据被测的主动式万向脚轮的尺寸而确定。

进一步的，所述脚轮滑动平台2、脚轮测试平台3、压力加载平台4、支撑平台1在箱体结构内相对平行。被测试的主动式万向脚轮8(如下亦简称脚轮)夹装于脚轮滑动平台2与脚轮测试平台3之间，并能沿一三维坐标系体中的xy平面(即脚轮测试平台3的台面)能够灵活运动。

进一步的，被测试的主动式万向脚轮的类别包括但不限于前述的解耦式主动万向脚轮、双轮毂主动万向脚轮等。

进一步的，所述脚轮滑动平台的主要作用是在测试过程中保证主动式万向脚轮顶端能够克服滑动摩擦阻力跟随测试指令灵活滑动。

其中，所述脚轮滑动平台的台面上分布有多个万向球牛眼轴承6，该多个万向球牛眼轴承6安装在轴承安装平台(图中未示出)。

其中，所述万向球牛眼轴承6的主要作用是保证安装在主动式万向脚轮顶端的脚轮滑动板7能够在轴承表面的各个方向灵活滑动，其数量要求能够铺满整块轴承安装平台，与脚轮滑动板7接触的万向球牛眼轴承承压总和大于主动式万向脚轮的最大载重要求。例如，本实施例选用的万向球牛眼轴承单个承压50kg，但可以更高或更低。

其中，所述轴承安装平台的主要是作为万向球牛眼轴承的安装平台使用，其承压能力大于主动式万向脚轮的最大载重要求。例如，本实施例选用的轴承安装平台承压300kg，但可以更高或更低。

进一步的，所述脚轮滑动板7的主要作用是与主动式万向脚轮顶端连接，增大脚轮与万向球牛眼轴承的接触面积，保证脚轮在测试空间内全方向平稳运动。所述脚轮滑动板7的刚度要求能够保证脚轮在最大载重测试过程中不变形，且滑动摩擦阻力波动小。针对顶端构型不同的主动式万向脚轮，可以搭配相应的脚轮顶端固定夹具(图中未示出)，便于脚轮滑动板7与脚轮的连接。

进一步的，所述脚轮测试平台3与脚轮滑动平台2配合，并共同作用于主动式万向脚轮，使脚轮能够在测试空间中灵活运动。脚轮测试平台台面贴装有位置感应机构(图中未示出)，底面与压力加载平台4之间安装有力传感机构9。

其中，所述脚轮测试平台3两端还均安装有滑块10，并通过滑块与固定在箱体结构内壁上的导轨11(定义导轨的延伸方向为前述三维坐标系的z轴方向)滑动配合，进而能够在压力加载平台4的作用下沿导轨11上下滑动。

其中，所述位置感应机构的主要作用是通过不同感应方式获取脚轮在脚轮测试平台上的实时位置，其可以选用本领域已知的类型，例如包括但不限于基于电容式压力感应、电阻式压力感应、远红外感应、接触式感应、视觉识别等方式工作的位置感应设备。本实施例中选用接触式感应方式，但不限于此。

其中，所述力传感机构9主要作用是检测和计算加载到脚轮上的压力数值，即当前的载重量，并将压力数值反馈到压力加载机构12的控制模块。所述力传感机构也可以选用本领域已知的力传感器。

进一步的，所述压力加载平台4的主要作用是为脚轮测试平台3进行压力加载，对脚轮的有效载重进行测试，并能够根据测量需求加载不同压力，测量脚轮在不同负载下的性能参数。

其中，所述压力加载平台4通过若干压力传导机构13(亦可认为是连接机构)与脚轮测试平台3连接，所述力传感机构9分布在压力传导机构13与脚轮测试平台3之间。

其中，所述压力传导机构13的主要作用是将压力加载机构12所产生的推力传输到力传感机构9上，并推动脚轮测试平台3沿导轨11上下滑动。

其中，所述压力加载机构12的主要作用是根据测试要求进行压力输出，通过压力传导机构13将压力传输到脚轮测试平台3，从而对主动式万向脚轮进行加载检测。所述压力加载机构12也可以选用本领域已知的类型，其主要实现方式包括但不限于气囊、滚珠丝杆、导向弹簧、液压装置等。本实施例中选用滚珠丝杆，但不限于此。

进一步的，所述主动万向脚轮性能测试装置还包括驱动机构14。所述驱动机构14的主要作用是作为动力源与压力加载机构12连接，输出脚轮测试所需要的压力。根据压力加载装置实现方式的不同，所采用的驱动机构包括但不限于空压机、伺服电机、液压控制器等。本实施例中选用驱动机构是伺服电机，但不限于此。

进一步的，所述支撑平台1的主要作用是作为压力加载机构12和驱动机构14的安装平台，同时对整个主动式万向脚轮测试平台起到稳定支撑的作用。

利用本实施例的主动万向脚轮性能测试装置对主动万向脚轮进行性能测试的方法可以包括：

将被测试的主动式万向脚轮8夹装于脚轮滑动平台2与脚轮测试平台3之间；

使驱动机构14工作，进而使压力加载机构12通过压力加载平台4向脚轮测试平台3施加压力，使脚轮测试平台3沿导轨11向脚轮滑动平台2移动，向所述脚轮8加载压力，直至力传感机构检测到的压力数值满足测试需求；

向所述脚轮8发送测试指令，使所述脚轮8在脚轮测试平台3的台面上自由移动，同时以位置感应机构监测所述脚轮8的实时位置，以及以其它监测设备测量所述脚轮8在该压力下的各项工作参数。

其中，通过调整驱动机构14的工作状态，进而调整脚轮测试平台3与脚轮滑动平台2的相对位置，即能够准确测量单个主动式万向脚轮在不同压力下，即不同有效负载下的各项参数，测试结果能够为后续移动机器人agv/amr系统开发提供可靠依据，在充分发挥主动式万向脚轮的性能优势的同时有效降低开发成本，提高开发效率。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。