專利名稱：競賽機器人性能測試及顯示裝置和其性能測試及顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機器人性能測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種競賽機器人性能測試及顯
示裝置和其性能測試及顯示方法。
背景技術(shù)：
隨著智能技術(shù)的持續(xù)突飛猛進發(fā)展以及教育理念的不斷更新，具有高度綜合滲透
性、前瞻未來性和創(chuàng)新實踐性的機器人技術(shù)在研究教育領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。機器人競賽，作為教育機器人研究的載體和催化劑，已經(jīng)成為一個能激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣、引導(dǎo)他
們積極探索未知領(lǐng)域和參與國際性科技活動的良好平臺。 目前，國內(nèi)外學(xué)者、研究機構(gòu)和組織針對工業(yè)機器人性能測試系統(tǒng)開展了大量的研究，并取得了很多令人矚目的成績，如非接觸式工業(yè)機器人測試儀、工業(yè)機器人性能測試與評估的超聲波方法、機器人直線軌跡性能檢測系統(tǒng)等，并有了相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)，如IS09283，但對競賽機器人性能測試系統(tǒng)，還沒有形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種設(shè)計合
理、智能化程度高且使用效果好、經(jīng)濟實用的競賽機器人性能測試及顯示裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種競賽機器人性能測試及顯
示裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集平臺、檢測控制器、上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)、實現(xiàn)檢
測控制器與上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)間數(shù)據(jù)上傳的數(shù)據(jù)通信模塊以及分別為數(shù)據(jù)采集
平臺、檢測控制器和數(shù)據(jù)通信模塊供電的電源管理模塊，數(shù)據(jù)通信模塊分別與檢測控制器
和上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)相接；所述數(shù)據(jù)采集平臺包括一縱向供機器人競賽運動的矩
形平板和分別安裝在所述矩形平板四個頂點下方的四個壓力傳感器；所述檢測控制器包括
控制器、與控制器相接且用于輸出所述四個壓力傳感器初始檢測值的D/A轉(zhuǎn)換模塊、分別
對所述四個壓力傳感器所輸出實時檢測信號進行處理的四個信號前級調(diào)理電路、分別對經(jīng)
所述四個信號前級調(diào)理電路處理后得到的實時檢測值與所述初始檢測值對應(yīng)進行減法比
較的四個減法器、分別與所述四個減法器相接且由控制器進行控制的信號分時復(fù)用電路和
與信號分時復(fù)用電路相接的程控增益放大電路，程控增益放大電路與控制器相接；所述四
個壓力傳感器對應(yīng)分別與所述四個信號前級調(diào)理電路相接，所述四個信號前級調(diào)理電路對
應(yīng)分別與所述四個減法器相接；所述控制器通過數(shù)據(jù)通信模塊將數(shù)據(jù)上傳至上位機數(shù)據(jù)處
理及顯示系統(tǒng)；所述四個壓力傳感器分別為安裝在所述矩形平板右下方、右上方、左上方和
左下方四個頂點下方的壓力傳感器一、壓力傳感器二、壓力傳感器三和壓力傳感器四。 所述四個信號前級調(diào)理電路對應(yīng)分別與所述四個減法器的正向輸入端相接，D/A
轉(zhuǎn)換模塊對應(yīng)分別與所述四個減法器的反向輸入端相接。 所述四個信號前級調(diào)理電路包括分別與所述四個壓力傳感器相接的四個前級放大電路和分別與所述四個前級放大電路相接的四個濾波電路，所述四個濾波電路分別與所述四個減法器相接。 所述控制器為內(nèi)部集成有A/D轉(zhuǎn)換單元的單片機MSP430F149。 所述壓力傳感器均為平行梁式壓力傳感器，所述矩形平板為表面平滑的矩形硬質(zhì)木板。 所述數(shù)據(jù)通信模塊為短距離無線通信模塊。 所述短距離無線通信模塊為ZigBee無線通信模塊。 本發(fā)明還提供了一種使用操作簡便、數(shù)據(jù)傳輸速度快且數(shù)據(jù)處理能力強、實用價
值高的競賽機器人性能測試及顯示的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟一、壓力傳感器初始檢測值的信號采集與處理將被測試競賽機器人放上所
述矩形平板之前，通過檢測控制器對此時所述四個壓力傳感器所檢測的四個初始壓力信號
進行相應(yīng)處理并獲得對應(yīng)四個初始檢測值后上傳至控制器，控制器再將所述四個壓力傳感
器初始檢測值存儲在對應(yīng)的存儲單元中； 步驟二、機器人運行狀態(tài)信息的實時采集與處理，其實時采集與處理過程如下
201、所述被測試競賽機器人在所述矩形平板上進行相應(yīng)運動過程中，所述四個壓力傳感器分別將其實時所檢測的壓力信號同步連續(xù)送至所述四個信號前級調(diào)理電路，且通過所述四個信號前級調(diào)理電路分別同步對實時所檢測壓力信號進行處理后相應(yīng)獲得隨時間不斷變化的四個實時檢測值，之后所述四個信號前級調(diào)理電路將所述四個實時檢測值同步分別送至所述四個減法器的一個信號輸入端；同時，控制器調(diào)取步驟一中存儲在存儲單元的四個初始檢測值且將通過D/A轉(zhuǎn)換模塊將四個初始檢測值均轉(zhuǎn)換為模擬信號后同步分別送至所述四個減法器的另一個信號輸入端； 202、通過所述四個減法器對應(yīng)分別對所輸入的四個實時檢測值和四個初始檢測
值進行連續(xù)減法運算，并將所獲得的四個減法運算結(jié)果通過信號分時復(fù)用電路同步連續(xù)上
傳至程控增益放大電路(2-5)進行程控增益放大處理后，再送至控制器； 203、通過控制器對所述四個減法運算結(jié)果進行分析處理，相應(yīng)獲得被測試機器人
運動時對數(shù)據(jù)采集平臺所產(chǎn)生的四個隨時間變化的實時壓力值； 步驟三、數(shù)據(jù)上傳通過數(shù)據(jù)通信模塊將控制器處理得出的所述四個隨時間變化的實時壓力值同步上傳至上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)； 步驟四、機器人性能信息處理與顯示所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)處理模塊對所接收到的所述四個隨時間變化的實時壓力值進行綜合分析處理，并獲得被測試機器人在整個運動過程中的運行狀態(tài)信息，同時上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)顯示模塊對分析處理得出的運行狀態(tài)信息進行同步顯示。 上述步驟四中所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理模塊對所接收到的所述四個隨時間變化的實時壓力值進行綜合分析處理，其綜合分析處理過程包括以下步驟 401、建立平面直角坐標(biāo)系所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理模塊以所述矩形平板左下方的頂點為坐標(biāo)原點且分別以其橫向?qū)挾确较蚝涂v向長度為X軸和Y軸，建立平面直角坐標(biāo)系； 402、所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)公式
5< i^Z + ^,丄-G《=0 ，將檢測控制器所傳送的所述四個隨時間變化的實時壓力值對
應(yīng)轉(zhuǎn)換為被測試機器人的相應(yīng)運行位置信息即被測試機器人當(dāng)前位置的平面坐標(biāo)(Xi，Yi)，其中W為所述矩形平板的橫向幅寬，L為所述矩形平板的縱向長度，G為被測試機器人所受重力，F(xiàn) 、 F2i、 F3i和F4i分別為所述四個隨時間變化的實時壓力值且分別為壓力傳感器一、壓力傳感器二、壓力傳感器三和壓力傳感器四所檢測壓力值經(jīng)檢測控制器處理后獲得的四個實時壓力值； 403、所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)通過統(tǒng)計各時刻的平面坐標(biāo)(Xi， Y》，分析處
理得出被測試機器人整個運動過程中的運行狀態(tài)信息。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點 1、主要針對目前競賽機器人性能評價還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而提出，可彌補競賽機器人研究領(lǐng)域的不足，能有效應(yīng)用于競賽機器人的生產(chǎn)、銷售、購置、使用等過程并為競賽機器人性能評價標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)，并且所用的測試及顯示裝置設(shè)計合理、接線方便且智能化程度高。 2、使用操作簡便、實用價值高且數(shù)據(jù)處理能力強，可用作機器人軌跡賽競賽平臺，
如機器人直線行走競賽、機器人直線花樣行走競賽、機器人直線繞障行走競賽、機器人按規(guī)
定圖形行走競賽等，使競賽規(guī)則更為直觀、明朗，減小了競賽結(jié)果判斷的人為誤差。 3.基于本發(fā)明可以更深入地開展機器人步態(tài)規(guī)劃研究及機器人控制技術(shù)研究，能
進一步推進機器人研究及教育事業(yè)的發(fā)展，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。 綜上所述，本發(fā)明設(shè)計合理、操作簡便且智能化程度高、數(shù)據(jù)處理能力強，實現(xiàn)了競賽機器人性能的快速測試及直觀顯示，能有效應(yīng)用于機器人的生產(chǎn)、銷售、購置、使用等過程并為機器人性能評價標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)，還可應(yīng)用于機器人軌跡賽競賽及人形機器人步態(tài)規(guī)劃的研究。 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明競賽機器人性能測試及顯示裝置的電路框圖。
圖2為本發(fā)明競賽機器人性能測試及顯示裝置除電源管理模塊外的電路原理框
圖3為本發(fā)明競賽機器人性能測試及顯示方法的方法流程圖,附圖標(biāo)記說明1-數(shù)據(jù)采集平臺；
1- 3-壓力傳感器三；
2- 11-前級放大電路一
1-1-壓力傳感器一 ；
1- 4-壓力傳感器四；
2- 12-前級放大電路
2-14-前級放大電路四；2-21-濾波電路一；
2-23-濾波電路三； 2-24-濾波電路四；2-32-減法器二 ； 2-33-減法器三；
1- 2-壓力傳感器二 ；
2- 檢測控制器；
2-13-前級放大電路2-22-濾波電路二 ；
2-31-減法器一 ；
2-34-減法器四；
2-4-信號分時復(fù)用電路；
2- 7-D/A轉(zhuǎn)換模塊；
3- 2-協(xié)調(diào)器節(jié)點；
2-5-程控增益放大電路；
3_數(shù)據(jù)通信模塊；4-上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)；
2-6-控制器；
3-l-RFD節(jié)點；5-電源管理模塊。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述的競賽機器人性能測試及顯示裝置，包括數(shù)據(jù)采集平臺1、檢測控制器2、上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4、實現(xiàn)檢測控制器2與上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4間數(shù)據(jù)上傳的數(shù)據(jù)通信模塊3以及分別為數(shù)據(jù)采集平臺1、檢測控制器2和數(shù)據(jù)通信模塊3供電的電源管理模塊5，數(shù)據(jù)通信模塊3分別與檢測控制器2和上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4相接。所述數(shù)據(jù)采集平臺l包括一縱向供機器人競賽運動的矩形平板和分別安裝在所述矩形平板四個頂點下方的四個壓力傳感器。所述檢測控制器2包括控制器2-6、與控制器2-6相接且用于輸出所述四個壓力傳感器初始檢測值的D/A轉(zhuǎn)換模塊2-7、分別對所述四個壓力傳感器所輸出實時檢測信號進行處理的四個信號前級調(diào)理電路、分別對經(jīng)所述四個信號前級調(diào)理電路處理后得到的實時檢測值與所述初始檢測值對應(yīng)進行減法比較的四個減法器、分別與所述四個減法器相接且由控制器2-6進行控制的信號分時復(fù)用電路2-4和與信號分時復(fù)用電路2-4相接的程控增益放大電路2-5，程控增益放大電路2-5與控制器2-6相接。所述四個壓力傳感器對應(yīng)分別與所述四個信號前級調(diào)理電路相接，所述四個信號前級調(diào)理電路對應(yīng)分別與所述四個減法器相接。所述控制器2-6通過數(shù)據(jù)通信模塊3將數(shù)據(jù)上傳至上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4。所述電源管理模塊5分別與數(shù)據(jù)采集平臺1中的四個壓力傳感器、檢測控制器2和數(shù)據(jù)通信模塊3相接。所述四個壓力傳感器分別為安裝在所述矩形平板右下方、右上方、左上方和左下方四個頂點下方的壓力傳感器
一 l-l、壓力傳感器二 l-2、壓力傳感器三1-3和壓力傳感器四1-4。 本實施例中，所述四個信號前級調(diào)理電路對應(yīng)包括壓力傳感器一 1-1相接的信號前級調(diào)理電路一、與壓力傳感器二l-2相接的信號前級調(diào)理電路二、壓力傳感器三l-3相接的信號前級調(diào)理電路三和壓力傳感器四l-4相接的信號前級調(diào)理電路四。所述信號前級調(diào)理電路一由與壓力傳感器一 1-1相接的前級放大電路一 2-11和與前級放大電路一 2-11相接的濾波電路一 2-21組成，所述信號前級調(diào)理電路二由與壓力傳感器二 1-2相接的前級放大電路二 2-12和與前級放大電路二 2-12相接的濾波電路二 2-22組成，所述信號前級調(diào)理電路三由與壓力傳感器三1-3相接的前級放大電路三2-13和與前級放大電路三2-13相接的濾波電路三2-23組成，所述信號前級調(diào)理電路四由與壓力傳感器四1-4相接的前級放大電路四2-14和與前級放大電路四2-14相接的濾波電路四2-24組成。所述四個減法器對應(yīng)分別為與濾波電路一 2-21相接的減法器一 2-31、與濾波電路二 2-22相接的減法器
二 2-32、與濾波電路三2-23相接的減法器三2-33和與濾波電路四2_24相接的減法器四2-34。所述減法器一 2-31、減法器二 2-32、減法器三2-33和減法器四2-34均與信號分時復(fù)用電路2-4相接。 本實施例中，所述控制器2-6為內(nèi)部集成有A/D轉(zhuǎn)換單元的單片機MSP430F149。所述四個信號前級調(diào)理電路對應(yīng)分別與所述四個減法器的正向輸入端相接，D/A轉(zhuǎn)換模塊2-7對應(yīng)分別與所述四個減法器的反向輸入端相接。所述四個信號前級調(diào)理電路包括分別 與所述四個壓力傳感器相接的四個前級放大電路和分別與所述四個前級放大電路相接的 四個濾波電路，所述四個濾波電路分別與所述四個減法器相接。所述壓力傳感器均為平行 梁式壓力傳感器，所述矩形平板為表面平滑的矩形硬質(zhì)木板。所述數(shù)據(jù)通信模塊4為短距 離無線通信模塊，并且所述短距離無線通信模塊為ZigBee無線通信模塊。所述信號前級調(diào) 理電路和與其相接的減法器由差分儀表放大器芯片LM324及其外圍電路組成，信號分時復(fù) 用電路2-4為雙4通道模擬多路開關(guān)CD4052,所述D/A轉(zhuǎn)換模塊2_7和程控增益放大電路 2-5均由8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832及外圍電路組成。所述ZigBee無線通信模塊包括 RFD(Reduced Function Device, RFD)節(jié)點3-1和與RFD節(jié)點3-1進行雙向無線通信的協(xié) 調(diào)器節(jié)點3-2，所述RFD節(jié)點3-1包括與控制器2-6相接的芯片CC2430、與所述芯片CC2430 相接的2. 4GHz射頻天線以及相應(yīng)的阻抗匹配電路；RFD(Reduced Function Device, RFD) 節(jié)點包括與上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4相接的串行通信接口電路、與所述串行通信接口 電路相接相接的芯片CC2430、與所述芯片CC2430相接的2. 4GHz射頻天線以及相應(yīng)的阻抗 匹配電路。 結(jié)合圖3，本發(fā)明所述的競賽機器人性能測試及顯示方法，包括以下步驟
步驟一、壓力傳感器初始檢測值的信號采集與處理將被測試競賽機器人放上所 述矩形平板之前，通過檢測控制器2對此時所述四個壓力傳感器所檢測的四個初始壓力信 號進行相應(yīng)處理并獲得對應(yīng)四個初始檢測值后上傳至控制器2-6，控制器2-6再將所述四 個壓力傳感器初始檢測值存儲在對應(yīng)的存儲單元中。 步驟二、機器人運行狀態(tài)信息的實時采集與處理，其實時采集與處理過程如下 201、所述被測試競賽機器人在所述矩形平板上進行相應(yīng)運動(諸如行走、跳躍、
舞蹈等運動)過程中，所述四個壓力傳感器分別將其實時所檢測的壓力信號同步連續(xù)送至
所述四個信號前級調(diào)理電路，且通過所述四個信號前級調(diào)理電路分別同步對實時所檢測壓
力信號進行處理后相應(yīng)獲得隨時間不斷變化的四個實時檢測值，之后所述四個信號前級調(diào)
理電路將所述四個實時檢測值同步分別送至所述四個減法器的一個信號輸入端；同時，控
制器2-6調(diào)取步驟一中存儲在存儲單元的四個初始檢測值且將通過D/A轉(zhuǎn)換模塊2-7將四
個初始檢測值均轉(zhuǎn)換為模擬信號后同步分別送至所述四個減法器的另一個信號輸入端； 202、通過所述四個減法器對應(yīng)分別對所輸入的四個實時檢測值和四個初始檢測
值進行連續(xù)減法運算，并將所獲得的四個減法運算結(jié)果通過信號分時復(fù)用電路2-4同步連
續(xù)上傳至程控增益放大電路2-5進行程控增益放大處理后，再送至控制器2-6 ; 203、通過控制器2-6對所述四個減法運算結(jié)果進行分析處理，相應(yīng)獲得被測試機
器人運動時對數(shù)據(jù)采集平臺1所產(chǎn)生的四個隨時間變化的實時壓力值。 步驟三、數(shù)據(jù)上傳通過數(shù)據(jù)通信模塊3將控制器2-6處理得出的所述四個隨時間
變化的實時壓力值同步上傳至上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4。 步驟四、機器人性能信息處理與顯示所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4調(diào)用數(shù) 據(jù)處理模塊對所接收到的所述四個隨時間變化的實時壓力值進行綜合分析處理，并獲得被 測試機器人在整個運動過程中的運行狀態(tài)信息，同時上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4調(diào)用數(shù) 據(jù)顯示模塊對分析處理得出的運行狀態(tài)信息進行同步顯示。 本實施例中，步驟四中所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理模塊對所接收到的所述四個隨時間變化的實時壓力值進行綜合分析處理，其綜合分析處理過程 包括以下步驟 401、建立平面直角坐標(biāo)系所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理 模塊以所述矩形平板左下方的頂點為坐標(biāo)原點且分別以其橫向?qū)挾确较蚝涂v向長度為X 軸和Y軸，建立平面直角坐標(biāo)系； 402、所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)公式 -G + ^+JP2,+JP3,+F4,=0 < F2,丄+ F3,丄-G^. =0 ,將檢測控制器2所傳送的所述四個隨時間變化的實時壓力值
+ GX, =0
對應(yīng)轉(zhuǎn)換為被測試機器人的相應(yīng)運行位置信息即被測試機器人當(dāng)前位置的平面坐標(biāo)(Xi， Y》，其中W為所述矩形平板的橫向幅寬，L為所述矩形平板的縱向長度，G為被測試機器人 所受重力，F(xiàn)『F2i、F3i和F4i分別為所述四個隨時間變化的實時壓力值且分別為壓力傳感器 一 l-l、壓力傳感器二 l-2、壓力傳感器三1-3和壓力傳感器四1-4所檢測壓力值經(jīng)檢測控 制器2處理后獲得的四個實時壓力值； 403、所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4通過統(tǒng)計各時刻的平面坐標(biāo)(Xi， Y》，分析 處理得出被測試機器人整個運動過程中的運行狀態(tài)信息。 所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)4中的所述數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊采用
Visual Basic6. 0結(jié)合Access 2003數(shù)據(jù)庫開發(fā)，包括用戶管理模塊、串口通信模塊、數(shù)據(jù)
分析與顯示模塊和系統(tǒng)維護模塊四大模塊。所述用戶管理模塊包括登陸界面、系統(tǒng)用戶設(shè)
置界面，可實現(xiàn)系統(tǒng)用戶的增加、修改、刪除、密碼設(shè)置、密碼修改等功能；所述串口通信模
塊主要實現(xiàn)系統(tǒng)的串口通信信息設(shè)置，設(shè)計實現(xiàn)了串口信息設(shè)置界面；所述數(shù)據(jù)分析與顯
示模塊主要實現(xiàn)機器人運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的讀取、顯示、存儲、打印、查詢、轉(zhuǎn)化，機器人性能信
息顯示、存儲、打印等功能，設(shè)計實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析與顯示界面；所述系統(tǒng)維護模塊主要實現(xiàn)
將數(shù)據(jù)庫文件備份到計算機硬盤內(nèi)，以及將備份的數(shù)據(jù)重新還原到本系統(tǒng)軟件中的功能，
設(shè)計實現(xiàn)了數(shù)據(jù)備份界面和數(shù)據(jù)恢復(fù)界面。為了使系統(tǒng)劃分清楚明了，使用快捷方便，維護
簡單，又設(shè)計了主界面，將以上所述各界面添加在主界面上，系統(tǒng)用戶登錄進入主界面后，
根據(jù)自己的需要，通過菜單或快捷按鈕，可直接進入自己需要的功能模塊。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明
技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技
術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種競賽機器人性能測試及顯示裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集平臺(1)、檢測控制器(2)、上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)、實現(xiàn)檢測控制器(2)與上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)間數(shù)據(jù)上傳的數(shù)據(jù)通信模塊(3)以及分別為數(shù)據(jù)采集平臺(1)、檢測控制器(2)和數(shù)據(jù)通信模塊(3)供電的電源管理模塊(5)，數(shù)據(jù)通信模塊(3)分別與檢測控制器(2)和上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)相接；所述數(shù)據(jù)采集平臺(1)包括一縱向供機器人競賽運動的矩形平板和分別安裝在所述矩形平板四個頂點下方的四個壓力傳感器；所述檢測控制器(2)包括控制器(2-6)、與控制器(2-6)相接且用于輸出所述四個壓力傳感器初始檢測值的D/A轉(zhuǎn)換模塊(2-7)、分別對所述四個壓力傳感器所輸出實時檢測信號進行處理的四個信號前級調(diào)理電路、分別對經(jīng)所述四個信號前級調(diào)理電路處理后得到的實時檢測值與所述初始檢測值對應(yīng)進行減法比較的四個減法器、分別與所述四個減法器相接且由控制器(2-6)進行控制的信號分時復(fù)用電路(2-4)和與信號分時復(fù)用電路(2-4)相接的程控增益放大電路(2-5)，程控增益放大電路(2-5)與控制器(2-6)相接；所述四個壓力傳感器對應(yīng)分別與所述四個信號前級調(diào)理電路相接，所述四個信號前級調(diào)理電路對應(yīng)分別與所述四個減法器相接；所述控制器(2-6)通過數(shù)據(jù)通信模塊(3)將數(shù)據(jù)上傳至上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)；所述四個壓力傳感器分別為安裝在所述矩形平板右下方、右上方、左上方和左下方四個頂點下方的壓力傳感器一(1-1)、壓力傳感器二(1-2)、壓力傳感器三(1-3)和壓力傳感器四(1-4)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的競賽機器人性能測試及顯示裝置，其特征在于所述四個信號前級調(diào)理電路對應(yīng)分別與所述四個減法器的正向輸入端相接，D/A轉(zhuǎn)換模塊(2-7)對應(yīng)分別與所述四個減法器的反向輸入端相接。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的競賽機器人性能測試及顯示裝置，其特征在于所述四個信號前級調(diào)理電路包括分別與所述四個壓力傳感器相接的四個前級放大電路和分別與所述四個前級放大電路相接的四個濾波電路，所述四個濾波電路分別與所述四個減法器相接。
4. 按照權(quán)利要求1或2所述的競賽機器人性能測試及顯示裝置，其特征在于所述控制器(2-6)為內(nèi)部集成有A/D轉(zhuǎn)換單元的單片機MSP430F149。
5. 按照權(quán)利要求1或2所述的競賽機器人性能測試及顯示裝置，其特征在于所述壓力傳感器均為平行梁式壓力傳感器，所述矩形平板為表面平滑的矩形硬質(zhì)木板。
6. 按照權(quán)利要求1或2所述的競賽機器人性能測試及顯示裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)通信模塊(4)為短距離無線通信模塊。
7. 按照權(quán)利要求6所述的競賽機器人性能測試及顯示裝置，其特征在于所述短距離無線通信模塊為ZigBee無線通信模塊。
8. —種利用如權(quán)利要求1所述的競賽機器人性能測試及顯示裝置進行競賽機器人性能測試及顯示的方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、壓力傳感器初始檢測值的信號采集與處理將被測試競賽機器人放上所述矩形平板之前，通過檢測控制器(2)對此時所述四個壓力傳感器所檢測的四個初始壓力信號進行相應(yīng)處理并獲得對應(yīng)四個初始檢測值后上傳至控制器(2-6)，控制器(2-6)再將所述四個壓力傳感器初始檢測值存儲在對應(yīng)的存儲單元中；步驟二、機器人運行狀態(tài)信息的實時采集與處理，其實時采集與處理過程如下，201、 所述被測試競賽機器人在所述矩形平板上進行相應(yīng)運動過程中，所述四個壓力傳感器分別將其實時所檢測的壓力信號同步連續(xù)送至所述四個信號前級調(diào)理電路，且通過所述四個信號前級調(diào)理電路分別同步對實時所檢測壓力信號進行處理后相應(yīng)獲得隨時間不斷變化的四個實時檢測值，之后所述四個信號前級調(diào)理電路將所述四個實時檢測值同步分別送至所述四個減法器的一個信號輸入端；同時，控制器(2-6)調(diào)取步驟一中存儲在存儲單元的四個初始檢測值且將通過D/A轉(zhuǎn)換模塊(2-7)將四個初始檢測值均轉(zhuǎn)換為模擬信號后同步分別送至所述四個減法器的另一個信號輸入端；，202、 通過所述四個減法器對應(yīng)分別對所輸入的四個實時檢測值和四個初始檢測值進行連續(xù)減法運算，并將所獲得的四個減法運算結(jié)果通過信號分時復(fù)用電路(2-4)同步連續(xù)上傳至程控增益放大電路(2-5)進行程控增益放大處理后，再送至控制器(2-6);，203、 通過控制器(2-6)對所述四個減法運算結(jié)果進行分析處理，相應(yīng)獲得被測試機器人運動時對數(shù)據(jù)采集平臺(1)所產(chǎn)生的四個隨時間變化的實時壓力值；步驟三、數(shù)據(jù)上傳通過數(shù)據(jù)通信模塊(3)將控制器(2-6)處理得出的所述四個隨時間變化的實時壓力值同步上傳至上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4);步驟四、機器人性能信息處理與顯示所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)調(diào)用數(shù)據(jù)處理模塊對所接收到的所述四個隨時間變化的實時壓力值進行綜合分析處理，并獲得被測試機器人在整個運動過程中的運行狀態(tài)信息，同時上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)調(diào)用數(shù)據(jù)顯示模塊對分析處理得出的運行狀態(tài)信息進行同步顯示。
9.按照權(quán)利要求8所述的競賽機器人性能測試及顯示方法，其特征在于步驟四中所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理模塊對所接收到的所述四個隨時間變化的實時壓力值進行綜合分析處理，其綜合分析處理過程包括以下步驟，401、 建立平面直角坐標(biāo)系所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理模塊以所述矩形平板左下方的頂點為坐標(biāo)原點且分別以其橫向?qū)挾确较蚝涂v向長度為x軸和Y軸，建立平面直角坐標(biāo)系；，402、 所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)調(diào)用所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)公式< F2,Z +《,Z-G" =0 ，將檢測控制器(2)所傳送的所述四個隨時間變化的實時壓力值對應(yīng)轉(zhuǎn)換為被測試機器人的相應(yīng)運行位置信息即被測試機器人當(dāng)前位置的平面坐標(biāo)(Xi， Y》，其中W為所述矩形平板的橫向幅寬，L為所述矩形平板的縱向長度，G為被測試機器人所受重力，F(xiàn)『F2i、F3i和F4i分別為所述四個隨時間變化的實時壓力值且分別為壓力傳感器一 (l-l)、壓力傳感器二 (1_2)、壓力傳感器三(1_3)和壓力傳感器四(1-4)所檢測壓力值經(jīng)檢測控制器(2)處理后獲得的四個實時壓力值； ，403、 所述上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)(4)通過統(tǒng)計各時刻的平面坐標(biāo)(Xi，Yi)，分析處理得出被測試機器人整個運動過程中的運行狀態(tài)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種競賽機器人性能測試及顯示裝置和其性能測試及顯示方法，其裝置包括數(shù)據(jù)采集平臺、檢測控制器、上位機數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信模塊；數(shù)據(jù)采集平臺包括一縱向供機器人競賽運動的矩形平板和安裝在矩形平板四個頂點下方的四個壓力傳感器；檢測控制器括控制器、D/A轉(zhuǎn)換模塊、四個信號前級調(diào)理電路、四個減法器、信號分時復(fù)用電路和程控增益放大電路；其方法包括步驟一、壓力傳感器初始檢測值的信號采集與處理，二、機器人運行狀態(tài)信息的實時采集與處理，三、數(shù)據(jù)上傳，四、機器人性能信息處理與顯示。本發(fā)明設(shè)計合理、操作簡便且智能化程度高、數(shù)據(jù)處理能力強，實現(xiàn)了競賽機器人性能的快速測試及直觀顯示且使用效果好。
文檔編號G01L1/00GK101706296SQ20091021920
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者李艷春, 柴鈺 申請人:西安科技大學(xué)