本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，尤其是面向風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的模擬風(fēng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

極地蘊(yùn)藏著巨量的自然、科學(xué)資源。然而，極地地區(qū)環(huán)境十分惡劣，高寒低氧、極端天氣等條件下，科考人員的生命隨時(shí)都可能受到威脅，這極大地制約著人類(lèi)科學(xué)考察活動(dòng)的開(kāi)展。

而隨著極地研究規(guī)模和機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人逐漸代替科學(xué)家來(lái)承擔(dān)更多的科學(xué)研究任務(wù)，在極地地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)、巡游、采樣和分析。在南極，風(fēng)力資源十分豐富，具有分布范圍廣、平均風(fēng)速高(最大風(fēng)速能達(dá)160km/h)等特點(diǎn)。如果采用南極自然環(huán)境中，可以說(shuō)是“取之不盡，用之不竭”的風(fēng)能作為驅(qū)動(dòng)能源，機(jī)器人的活動(dòng)將不再受能源因素的制約，從而大大擴(kuò)大活動(dòng)范圍和活動(dòng)時(shí)間，甚至可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在冰蓋中的“無(wú)限”續(xù)航探測(cè)。

該類(lèi)機(jī)器人的特點(diǎn)是完全由風(fēng)力提供動(dòng)力，因此為研究出能夠在極地執(zhí)行巡航探測(cè)任務(wù)的機(jī)器人，必須設(shè)計(jì)針對(duì)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的專(zhuān)用測(cè)試裝置來(lái)模擬外部真實(shí)風(fēng)場(chǎng)，從而減少機(jī)器人進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)的難度和成本。而目前的模擬外部真實(shí)風(fēng)場(chǎng)的裝置難以滿(mǎn)足科研需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)發(fā)明提出了一種面向風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的模擬風(fēng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置。本模擬風(fēng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人靜態(tài)穩(wěn)定性測(cè)試和運(yùn)動(dòng)特性測(cè)試，有效縮短風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的研發(fā)周期和實(shí)驗(yàn)成本。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

面向風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的模擬風(fēng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括用于模擬風(fēng)場(chǎng)可調(diào)的模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)風(fēng)場(chǎng)的后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)和用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的二軸測(cè)試和六軸測(cè)試的測(cè)試切換機(jī)構(gòu)；

所述模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)相同且彼此相互轉(zhuǎn)動(dòng)的上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置，上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置均設(shè)有角度可調(diào)的管道鼓風(fēng)機(jī)，管道鼓風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的層流風(fēng)場(chǎng)耦合形成瑞流風(fēng)場(chǎng)；

所述測(cè)試切換機(jī)構(gòu)包括二軸測(cè)試平臺(tái)、六軸測(cè)試平臺(tái)和用于實(shí)現(xiàn)二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)平穩(wěn)切換的雙滑塊結(jié)構(gòu)，風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人安裝于測(cè)試切換機(jī)構(gòu)上。

所述上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置包括上層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上層機(jī)架，所述下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置包括下層驅(qū)動(dòng)電機(jī)、下層機(jī)架；

下層驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下層機(jī)架的主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪嚙合有從動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪帶動(dòng)下層機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)下層流風(fēng)場(chǎng)相對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；

上層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于下層機(jī)架上，上層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上層機(jī)架主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪嚙合有從動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪帶動(dòng)上層機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上層流風(fēng)場(chǎng)與下層流風(fēng)場(chǎng)間的相互運(yùn)動(dòng)。

所述上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置均包括下層驅(qū)動(dòng)電機(jī)、下層機(jī)架、X方向調(diào)整裝置、Z1方向調(diào)整裝置、Z2方向調(diào)整裝置、滑塊搖桿機(jī)構(gòu)；

所述X方向調(diào)整裝置包括X方向單軸機(jī)器人，X方向單軸機(jī)器人安裝在上層機(jī)架或下層機(jī)架的一端，X方向單軸機(jī)器人連接有X方向滑架并驅(qū)動(dòng)其沿X方向滑動(dòng)；

所述Z1方向調(diào)整裝置包括安裝于X方向滑架上的Z1方向安裝板，Z1方向安裝板安裝有Z1方向單軸機(jī)器人，Z1方向單軸機(jī)器人連接有Z1方向滑架并驅(qū)動(dòng)其沿Z1方向滑動(dòng)；

所述Z2方向調(diào)整裝置包括安裝于Z1方向滑架上的Z2方向安裝板，Z2方向安裝板安裝有Z2方向單軸機(jī)器人；

所述滑塊搖桿機(jī)構(gòu)包括連桿、固定在連桿頂端的關(guān)節(jié)軸承、導(dǎo)向軸、安裝有管道鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)安裝板，Z2方向單軸機(jī)器人連接連桿并驅(qū)動(dòng)連桿沿Z方向移動(dòng)，導(dǎo)向軸一端活動(dòng)連接在關(guān)節(jié)軸承的軸承孔內(nèi)，另一端與鼓風(fēng)機(jī)安裝板固定連接，鼓風(fēng)機(jī)安裝板與Z1方向滑架通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)相連。

所述關(guān)節(jié)軸承與導(dǎo)向軸間將發(fā)生相互移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制鼓風(fēng)機(jī)安裝板相對(duì)于Z1方向滑架轉(zhuǎn)動(dòng)到指定角度，管道鼓風(fēng)機(jī)隨鼓風(fēng)機(jī)安裝板的運(yùn)動(dòng)而改變空間位姿。

所述管道鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)安裝板上的安裝槽及肘夾固定于鼓風(fēng)機(jī)安裝板上，管道鼓風(fēng)機(jī)的法蘭與安裝槽配合使管道鼓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)定心及軸向基準(zhǔn)定位；

所述肘夾有三個(gè)，三個(gè)肘夾沿周向45°均布管道鼓風(fēng)機(jī)四周，約束其周向位移和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述上層機(jī)架或下層機(jī)架的另一端設(shè)有平衡塊驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，平衡塊驅(qū)動(dòng)機(jī)器人連接平衡塊并驅(qū)動(dòng)其沿X方向滑動(dòng)，平衡塊為管道鼓風(fēng)機(jī)提供平衡力矩。

所述后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括車(chē)輪、底座、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、車(chē)輪連接塊；

車(chē)輪的輪軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸承實(shí)現(xiàn)軸孔連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承固定于車(chē)輪連接塊上，車(chē)輪連接塊通過(guò)螺釘旋配方式與底座固定，車(chē)輪相對(duì)于底座可繞各自輪軸軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試裝置的輪式移動(dòng)；

所述車(chē)輪中后輪的輪軸通過(guò)輪軸聯(lián)軸器與后輪轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)連接，傳遞后輪轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩和運(yùn)動(dòng)，通過(guò)后輪差速控制實(shí)現(xiàn)后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。

所述測(cè)試切換機(jī)構(gòu)包括雙滑塊機(jī)構(gòu)、二軸測(cè)試平臺(tái)和六軸測(cè)試平臺(tái)以及固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；

所述測(cè)試切換機(jī)構(gòu)左右兩側(cè)均包含兩個(gè)雙滑塊機(jī)構(gòu)，雙滑塊機(jī)構(gòu)的從動(dòng)滑塊分別與二軸測(cè)試平臺(tái)和六軸測(cè)試平臺(tái)固定連接，雙滑塊機(jī)構(gòu)連接有同一驅(qū)動(dòng)滑塊并由其帶動(dòng)；

所述驅(qū)動(dòng)滑塊與固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接并輸出固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，傳遞至從動(dòng)滑塊從而實(shí)現(xiàn)二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)沿z方向反向運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)二(六)軸測(cè)試平臺(tái)連續(xù)上升時(shí)，六(二)軸測(cè)試平臺(tái)連續(xù)下降。

所述測(cè)試切換機(jī)構(gòu)包括風(fēng)向風(fēng)速儀，風(fēng)向風(fēng)速儀采用快拆式柱塞結(jié)構(gòu)安裝于測(cè)試切換機(jī)構(gòu)上，檢測(cè)模擬風(fēng)場(chǎng)位置調(diào)整時(shí)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人安裝處的風(fēng)速風(fēng)向。

所述固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪連接切換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)；

所述主動(dòng)齒輪左側(cè)依次設(shè)有相互嚙合的左側(cè)惰輪、左側(cè)從動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪右側(cè)依次設(shè)有相互嚙合的右側(cè)惰輪、反向惰輪、右側(cè)從動(dòng)齒輪；

所述左側(cè)從動(dòng)齒輪、右側(cè)從動(dòng)齒輪分別連接從動(dòng)滑塊。

所述上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置所產(chǎn)生的層流風(fēng)場(chǎng)風(fēng)向與水平面平行時(shí)，俯仰角θ為0，繞x軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正；

對(duì)應(yīng)Z2方向單軸機(jī)器人的位移為0，沿z軸正方向?yàn)檎?，鼓風(fēng)機(jī)安裝板的中心軸與導(dǎo)向軸的中心軸距離為l_w＝136mm，則層流風(fēng)場(chǎng)俯仰角與Z2方向單軸機(jī)器人的位移關(guān)系如下

所述切換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)輸出角為零時(shí)，二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)處于同一平面時(shí)，初始位移二軸測(cè)試平臺(tái)的位移z_two和六軸測(cè)試平臺(tái)的位移z_six滿(mǎn)足：z_two＝z_six＝0；

切換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)輸出角繞y軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正，二軸測(cè)試平臺(tái)和六軸測(cè)試平臺(tái)的位移沿z軸正方向?yàn)檎?/p>

根據(jù)齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系可知如下關(guān)系式

其中，α_t：切換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)輸出角，α_tf：左側(cè)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)角，z_two：兩軸測(cè)試平臺(tái)位移，z_six：六軸測(cè)試平臺(tái)位移，Z₁：測(cè)試機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪齒數(shù)，Z₂：左側(cè)惰輪齒數(shù)，Z₃：左側(cè)從動(dòng)齒輪軸齒數(shù)；

根據(jù)式(4-2)可得

對(duì)雙滑塊機(jī)構(gòu)的幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系分析可得二軸測(cè)試平臺(tái)和六軸測(cè)試平臺(tái)的位移與左側(cè)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)角關(guān)系

z_two＝l₂₃·sinα_tf (4-4)

z_six＝-l₆₃·sinα_tf (4-5)

二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)隨時(shí)間呈正弦變化。

所述對(duì)于測(cè)試切換機(jī)構(gòu)，切換機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行正弦輸入，可表示為

α_t＝50sint (4-6)

層流風(fēng)場(chǎng)俯仰角與Z2方向單軸機(jī)器人位移呈線性變化。

采用如上技術(shù)方案取得的有益技術(shù)效果為：

模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)相同且彼此相互轉(zhuǎn)動(dòng)的上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置，上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置均設(shè)有角度可調(diào)的管道鼓風(fēng)機(jī)，管道鼓風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的層流風(fēng)場(chǎng)耦合形成瑞流風(fēng)場(chǎng)，模擬復(fù)雜的自然風(fēng)，以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)測(cè)試條件。

測(cè)試切換機(jī)構(gòu)包括二軸測(cè)試平臺(tái)、六軸測(cè)試平臺(tái)，兩者能平穩(wěn)切換，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)測(cè)試需求。

風(fēng)向風(fēng)速儀采用快拆式柱塞結(jié)構(gòu)安裝與測(cè)試切換機(jī)構(gòu)上，檢測(cè)模擬風(fēng)場(chǎng)位置調(diào)整時(shí)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人安裝處的風(fēng)速風(fēng)向，因此風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人所受風(fēng)的風(fēng)速風(fēng)向信息與模擬風(fēng)場(chǎng)位置具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)對(duì)模擬風(fēng)場(chǎng)位置離散取值可建立風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人所受風(fēng)的風(fēng)速風(fēng)向與模擬風(fēng)場(chǎng)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程中改變風(fēng)場(chǎng)至目標(biāo)狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1為面向風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的模擬風(fēng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖1的側(cè)視圖。

圖5為后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為測(cè)試切換機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為圖6的側(cè)視圖。

圖8為固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)試分析示意圖。

圖9為圖8的區(qū)別視角示意圖。

圖10為層流風(fēng)場(chǎng)俯仰角與Z2方向單軸機(jī)器人位移的關(guān)系曲線。

圖11為二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)位移隨時(shí)間變化關(guān)系曲線

圖中，1、后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，2、上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置，3、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置，4、風(fēng)向風(fēng)速儀，5、測(cè)試切換機(jī)構(gòu)，6、上層機(jī)架，7、平衡塊驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，8、平衡塊，9、管道鼓風(fēng)機(jī)，10、肘夾，11、X方向單軸機(jī)器人，12、X方向滑架，13、Z1方向單軸機(jī)器人，14、連桿，15、Z1方向滑架，16、鼓風(fēng)機(jī)安裝板，17、導(dǎo)向軸，18、關(guān)節(jié)軸承，19、Z2方向安裝板，20、Z2方向單軸機(jī)器人，21、下層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)，22、下層機(jī)架主動(dòng)齒輪，23、上層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)，24、上層機(jī)架主動(dòng)齒輪，26、二軸測(cè)試平臺(tái)，27、六軸測(cè)試平臺(tái)，28、雙滑塊機(jī)構(gòu)，29、左側(cè)從動(dòng)齒輪，30、左側(cè)惰輪，31、主動(dòng)齒輪，32、右側(cè)惰輪，33、反向惰輪，34、右側(cè)從動(dòng)齒輪。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖1至11對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明：

面向風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的模擬風(fēng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，包括用于模擬風(fēng)場(chǎng)可調(diào)的模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu)、用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)風(fēng)場(chǎng)的后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)1和用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的二軸測(cè)試和六軸測(cè)試的測(cè)試切換機(jī)構(gòu)5；所述模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)相同且彼此相互轉(zhuǎn)動(dòng)的上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置2、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置3，上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置均設(shè)有角度可調(diào)的管道鼓風(fēng)機(jī)9，管道鼓風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的層流風(fēng)場(chǎng)耦合形成瑞流風(fēng)場(chǎng)；所述測(cè)試切換機(jī)構(gòu)5包括二軸測(cè)試平臺(tái)26、六軸測(cè)試平臺(tái)27和用于實(shí)現(xiàn)二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)平穩(wěn)切換的雙滑塊結(jié)構(gòu)28，風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人安裝于測(cè)試切換機(jī)構(gòu)上。

上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置包括上層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)23、上層機(jī)架6，所述下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置包括下層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)21、下層機(jī)架；下層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下層機(jī)架主動(dòng)齒輪22轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪嚙合有從動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪帶動(dòng)下層機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)下層流風(fēng)場(chǎng)相對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；上層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝于下層機(jī)架上，上層機(jī)架驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上層機(jī)架主動(dòng)齒輪24轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)齒輪嚙合有從動(dòng)齒輪，從動(dòng)齒輪帶動(dòng)上層機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上層流風(fēng)場(chǎng)與下層流風(fēng)場(chǎng)間的相互運(yùn)動(dòng)。

所述上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置均包括下層驅(qū)動(dòng)電機(jī)、下層機(jī)架、X方向調(diào)整裝置、Z1方向調(diào)整裝置、Z2方向調(diào)整裝置、滑塊搖桿機(jī)構(gòu)；所述X方向調(diào)整裝置包括X方向單軸機(jī)器人11，X方向單軸機(jī)器人11安裝在上層機(jī)架或下層機(jī)架的一端，X方向單軸機(jī)器人連接有X方向滑架12并驅(qū)動(dòng)其沿X方向滑動(dòng)；所述Z1方向調(diào)整裝置包括安裝于X方向滑架上的Z1方向安裝板，Z1方向安裝板安裝有Z1方向單軸機(jī)器人13，Z1方向單軸機(jī)器人連接有Z1方向滑架15并驅(qū)動(dòng)其沿Z1方向滑動(dòng)；所述Z2方向調(diào)整裝置包括安裝于Z1方向滑架上的Z2方向安裝板19，Z2方向安裝板安裝有Z2方向單軸機(jī)器人20；所述滑塊搖桿機(jī)構(gòu)包括連桿14、固定在連桿頂端的關(guān)節(jié)軸承18、導(dǎo)向軸17、安裝有管道鼓風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)機(jī)安裝板16，Z2方向單軸機(jī)器人連接連桿并驅(qū)動(dòng)連桿沿Z方向移動(dòng)，導(dǎo)向軸一端活動(dòng)連接在關(guān)節(jié)軸承的軸承孔內(nèi)，另一端與鼓風(fēng)機(jī)安裝板固定連接，鼓風(fēng)機(jī)安裝板與Z1方向滑架通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)相連。

關(guān)節(jié)軸承與導(dǎo)向軸間將發(fā)生相互移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制鼓風(fēng)機(jī)安裝板相對(duì)于Z1方向滑架轉(zhuǎn)動(dòng)到指定角度，管道鼓風(fēng)機(jī)隨鼓風(fēng)機(jī)安裝板的運(yùn)動(dòng)而改變空間位姿。

所述管道鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)安裝板上的安裝槽及肘夾10固定于鼓風(fēng)機(jī)安裝板上，管道鼓風(fēng)機(jī)的法蘭與安裝槽配合使管道鼓風(fēng)機(jī)的自動(dòng)定心及軸向基準(zhǔn)定位；所述肘夾有三個(gè)，三個(gè)肘夾沿周向45°均布管道鼓風(fēng)機(jī)四周，約束其周向位移和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。

上層機(jī)架或下層機(jī)架的另一端設(shè)有平衡塊驅(qū)動(dòng)機(jī)器人7，平衡塊驅(qū)動(dòng)機(jī)器人連接平衡塊8并驅(qū)動(dòng)其沿X方向滑動(dòng)，平衡塊為管道鼓風(fēng)機(jī)提供平衡力矩。

所述后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括車(chē)輪、底座、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、車(chē)輪連接塊；車(chē)輪的輪軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸承實(shí)現(xiàn)軸孔連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承固定于車(chē)輪連接塊上，車(chē)輪連接塊通過(guò)螺釘旋配方式與底座固定，車(chē)輪相對(duì)于底座可繞各自輪軸軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試裝置的輪式移動(dòng)；所述車(chē)輪中后輪的輪軸通過(guò)輪軸聯(lián)軸器與后輪轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)連接，傳遞后輪轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩和運(yùn)動(dòng)，通過(guò)后輪差速控制實(shí)現(xiàn)后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。

所述測(cè)試切換機(jī)構(gòu)包括雙滑塊機(jī)構(gòu)、二軸測(cè)試平臺(tái)和六軸測(cè)試平臺(tái)以及固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述測(cè)試切換機(jī)構(gòu)左右兩側(cè)均包含兩個(gè)雙滑塊機(jī)構(gòu)，雙滑塊機(jī)構(gòu)的從動(dòng)滑塊分別與二軸測(cè)試平臺(tái)和六軸測(cè)試平臺(tái)固定連接，雙滑塊機(jī)構(gòu)連接有同一驅(qū)動(dòng)滑塊并由其帶動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)滑塊與固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接并輸出固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，傳遞至從動(dòng)滑塊從而實(shí)現(xiàn)二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)沿z方向反向運(yùn)動(dòng)，即當(dāng)二(六)軸測(cè)試平臺(tái)連續(xù)上升時(shí)，六(二)軸測(cè)試平臺(tái)連續(xù)下降。

測(cè)試切換機(jī)構(gòu)包括風(fēng)向風(fēng)速儀4，風(fēng)向風(fēng)速儀采用快拆式柱塞結(jié)構(gòu)安裝于測(cè)試切換機(jī)構(gòu)上，檢測(cè)模擬風(fēng)場(chǎng)位置調(diào)整時(shí)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人安裝處的風(fēng)速風(fēng)向。

固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)齒輪，主動(dòng)齒輪31連接切換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)；所述主動(dòng)齒輪左側(cè)依次設(shè)有相互嚙合的左側(cè)惰輪30、左側(cè)從動(dòng)齒輪29，主動(dòng)齒輪右側(cè)依次設(shè)有相互嚙合的右側(cè)惰輪32、反向惰輪33、右側(cè)從動(dòng)齒輪34；所述左側(cè)從動(dòng)齒輪、右側(cè)從動(dòng)齒輪分別連接從動(dòng)滑塊。固定輪系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)如下圖所示：

為模擬風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在風(fēng)場(chǎng)中的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性測(cè)試，本文設(shè)計(jì)的測(cè)試裝置可產(chǎn)生的可控風(fēng)場(chǎng)，風(fēng)場(chǎng)姿態(tài)與模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu)各軸間具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此具備對(duì)指定風(fēng)場(chǎng)下的風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行測(cè)試的能力。模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝于后輪驅(qū)動(dòng)移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，因此能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)風(fēng)場(chǎng)。同時(shí)，根據(jù)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人測(cè)試要求，該測(cè)試裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的二軸或六軸測(cè)試，二軸和六軸測(cè)試平臺(tái)自動(dòng)平穩(wěn)切換。

以下將分析對(duì)測(cè)試裝置模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)及測(cè)試切換機(jī)構(gòu)的固定齒輪輪系和雙滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，如圖8和圖9所示。

上層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置、下層模擬風(fēng)場(chǎng)調(diào)整裝置所產(chǎn)生的層流風(fēng)場(chǎng)風(fēng)向與水平面平行時(shí)，俯仰角θ為0，繞x軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正；

對(duì)應(yīng)Z2方向單軸機(jī)器人的位移為0，沿z軸正方向?yàn)檎娘L(fēng)機(jī)安裝板的中心軸與導(dǎo)向軸的中心軸距離為l_w＝136mm，則層流風(fēng)場(chǎng)俯仰角與Z2方向單軸機(jī)器人的位移關(guān)系如下

所述對(duì)于測(cè)試切換機(jī)構(gòu)，切換機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行正弦輸入，可表示為

α_t＝50sint (4-6)

層流風(fēng)場(chǎng)俯仰角與Z2方向單軸機(jī)器人位移呈線性變化。

Z2方向單軸機(jī)器人進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)速度設(shè)定為10mm/s。從圖9中可得，當(dāng)Z2方向單軸機(jī)器人位移在[-50,50]內(nèi)移動(dòng)時(shí)，層流風(fēng)場(chǎng)俯仰角在[-20.2°,20.2°]內(nèi)呈近似于線性變化。

切換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)輸出角為零時(shí)，二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)處于同一平面時(shí)，初始位移二軸測(cè)試平臺(tái)的位移z_two和六軸測(cè)試平臺(tái)的位移z_six滿(mǎn)足：z_two＝z_six＝0；

切換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)輸出角繞y軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正，二軸測(cè)試平臺(tái)和六軸測(cè)試平臺(tái)的位移沿z軸正方向?yàn)檎?/p>

根據(jù)齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系可知如下關(guān)系式

其中，α_t：切換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)輸出角，α_tf：左側(cè)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)角，z_two：兩軸測(cè)試平臺(tái)位移，z_six：六軸測(cè)試平臺(tái)位移，Z₁：測(cè)試機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪齒數(shù)，Z₂：左側(cè)惰輪齒數(shù)，Z₃：左側(cè)從動(dòng)齒輪軸齒數(shù)；

根據(jù)式(4-2)可得

則參考切換機(jī)構(gòu)固定輪系齒輪參數(shù)可得：

對(duì)雙滑塊機(jī)構(gòu)的幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系分析可得二軸測(cè)試平臺(tái)和六軸測(cè)試平臺(tái)的位移與左側(cè)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)角關(guān)系

z_two＝l₂₃·sinα_tf (4-4)

z_six＝-l₆₃·sinα_tf (4-5)

則聯(lián)合上式可得測(cè)試切換機(jī)構(gòu)二軸測(cè)試平臺(tái)的位移z_two和六軸測(cè)試平臺(tái)的位移z_six與切換機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出角α_t之間的關(guān)系，即切換裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系如下

二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)隨時(shí)間呈正弦變化。二軸測(cè)試平臺(tái)與六軸測(cè)試平臺(tái)隨時(shí)間變化曲線相交于零點(diǎn)，此時(shí)為被測(cè)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人二軸(或六軸)測(cè)試平臺(tái)切換到六軸(或二軸)測(cè)試平臺(tái)的臨界切換點(diǎn)，測(cè)試平臺(tái)位移連續(xù)變化，因此可完成測(cè)試裝置對(duì)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人測(cè)試平臺(tái)的平穩(wěn)切換，如圖10和圖11所示。

當(dāng)然，以上說(shuō)明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說(shuō)明書(shū)的指導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說(shuō)明書(shū)的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。