CN103217237A - 六足机器人腿部全方位力感知系统 - Google Patents

Abstract

六足机器人腿部全方位力感知系统，本发明涉及一种六足机器人腿部的力感知系统，本发明为解决现有的用于六足机器人的力传感器无法感知机器人腿部任意方向和任意位置的受力情况，而且力传感器体积大、不易安装、灵活性差、无法融合与机器人腿部的结构以及测量精度低的问题。三维力传感器的上端固接有普通关节，三维力传感器的侧壁上安装有数据采集模块，其中一个关节一维力矩传感器的一端通过支架与普通关节连接，支架上设置有信息处理模块，三维力传感器与数据采集模块之间通过导线连接，数据采集模块和信息处理模块之间通过导线连接。本发明用于感知六足机器人腿部的受力情况。

Description

六足机器人腿部全方位力感知系统

技术领域

本发明涉及一种六足机器人腿部的力感知系统。

背景技术

仿生六足机器人是在复杂的自然地形中最容易实现稳定行走的机械装置之一，其外形模仿节肢动物。六足机器人多工作于非结构化、不确定的环境中，因此通过稳定的感知系统准确、实时地获取外界和自身状态信息尤为重要，而外界对其的作用力及自身的关节力矩信息正是这其中最重要的信息之一。现有的六足机器人腿部系统不具备全方位的力感知功能，不能够保证感知腿部任意方向和任意位置受到的外界作用力，而且用于六足机器人的力传感器为独立元件，没有融合于腿部的结构，所以普遍存在体积大、不易安装和灵活性差的问题，限制了腿部结构的设计，现有的传感器弹性体与机器人系统以螺栓螺母形式相连接时，螺栓螺母的松紧程度对弹性体会产生较大的影响，直接影响到传感器的测量精度。

发明内容

本发明为解决现有的用于六足机器人的力传感器无法感知机器人腿部任意方向和任意位置的受力情况，而且力传感器体积大、不易安装、灵活性差、无法融合与机器人腿部的结构以及测量精度低的问题，进而提供一种六足机器人腿部全方位力感知系统。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

六足机器人腿部全方位力感知系统包括三维力传感器、数据采集模块、信息处理模块和两个关节一维力矩传感器，三维力传感器包括第一弹性体、第二弹性体、第三弹性体、两个轴向力应变片、两个横向力应变片和两个纵向力应变片，第一弹性体、第二弹性体和第三弹性体沿各自长度方向依次固接为一体，第一弹性体的侧壁上加工有贴片孔，贴片孔内设置有两个轴向力应变片，两个轴向力应变片之间通过导线连接，第二弹性体上相对的两个侧壁上分别设置有一个横向力应变片，两个横向力应变片之间通过导线连接，第三弹性体上相对的两个侧壁上分别设置有一个纵向力应变片，两个纵向力应变片之间通过导线连接；每个关节一维力矩传感器包括圆柱形关节、弹性体横梁、连接法兰和两个关节应变片，弹性体横梁固接在圆柱形关节外壁的中部，且圆柱形关节的中心轴线方向垂直于弹性体横梁的端面设置，弹性体横梁的底面垂直固接在连接法兰的端面上，两个关节应变片分别固接在弹性体横梁底面的两端处，两个关节应变片之间通过导线连接；三维力传感器的上端固接有普通关节，三维力传感器的侧壁上安装有数据采集模块，两个关节一维力矩传感器之间通过连接件连接，其中一个关节一维力矩传感器的一端通过支架与普通关节连接，支架上设置有信息处理模块，三维力传感器与数据采集模块之间通过导线连接，数据采集模块和信息处理模块之间通过导线连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的三维力传感器上设置有两个轴向力应变片，两个横向力应变片和两个纵向力应变片，关节一维力矩传感器上设置有两个关节应变片，能够感知腿部任意方向和任意位置受到的外力，三维力传感器和关节一维力矩传感器完全融合于腿部结构，从而提高腿部设计的灵活性，实现其小型化和高度集成化，并且尽量减少螺钉式的连接来提高测量精度。

附图说明

图1是本发明的三维力传感器的主视图，图2是图1的左视图，图3是本发明的三维力传感器的立体图，图4是本发明的关节一维力矩传感器的主视立体图，图5是本发明的关节一维力矩传感器的仰视立体图，图6是本发明的总装立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图6说明，本实施方式的六足机器人腿部全方位力感知系统包括三维力传感器1、数据采集模块3、信息处理模块4和两个关节一维力矩传感器2，三维力传感器1包括第一弹性体1-1、第二弹性体1-2、第三弹性体1-3、两个轴向力应变片1-4、两个横向力应变片1-5和两个纵向力应变片1-6，第一弹性体1-1、第二弹性体1-2和第三弹性体1-3沿各自长度方向依次固接为一体，第一弹性体1-1的侧壁上加工有贴片孔1-1-1，贴片孔1-1-1内设置有两个轴向力应变片1-4，两个轴向力应变片1-4之间通过导线连接，第二弹性体1-2上相对的两个侧壁上分别设置有一个横向力应变片1-5，两个横向力应变片1-5之间通过导线连接，第三弹性体1-3上相对的两个侧壁上分别设置有一个纵向力应变片1-6，两个纵向力应变片1-6之间通过导线连接；每个关节一维力矩传感器2包括圆柱形关节2-1、弹性体横梁2-2、连接法兰2-3和两个关节应变片2-4，弹性体横梁2-2固接在圆柱形关节2-1外壁的中部，且圆柱形关节2-1的中心轴线方向垂直于弹性体横梁2-2的端面设置，弹性体横梁2-2的底面垂直固接在连接法兰2-3的端面上，两个关节应变片2-4分别固接在弹性体横梁2-2底面的两端处，两个关节应变片2-4之间通过导线连接；三维力传感器1的上端固接有普通关节6，三维力传感器1的侧壁上安装有数据采集模块3，两个关节一维力矩传感器2之间通过连接件5连接，其中一个关节一维力矩传感器2的一端通过支架7与普通关节6连接，支架4上设置有信息处理模块4，三维力传感器1与数据采集模块3之间通过导线连接，数据采集模块3和信息处理模块4之间通过导线连接。

具体实施方式二：结合图6说明，本实施方式的三维力传感器1的上端外壁套装有减震弹簧7。如此设置，可减轻三维力传感器1在工作时所受到的冲击，可延长三维力传感器1的使用寿命。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1～图6说明，本实施方式的两个轴向力应变片1-4，两个横向力应变片1-5、两个纵向力应变片1-6和两个关节应变片2-4均为电阻应变片。其他组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

工作原理：当三维力传感器1和关节一维力矩传感器2受到力时，会发生相应的应变，从而使两个轴向力应变片1-4，两个横向力应变片1-5、两个纵向力应变片1-6和关节应变片2-4同时发生相应阻值的变化，并将变化信号传递给数据采集模块3，数据采集模块3将发生阻值变化后产生的电压变化值传递给信息处理模块4进行分析处理，并得出相应的力学数据。

Claims (3)

1.一种六足机器人腿部全方位力感知系统，其特征在于：所述力感知系统包括三维力传感器(1)、数据采集模块(3)、信息处理模块(4)和两个关节一维力矩传感器(2)，三维力传感器(1)包括第一弹性体(1-1)、第二弹性体(1-2)、第三弹性体(1-3)、两个轴向力应变片(1-4)、两个横向力应变片(1-5)和两个纵向力应变片(1-6)，第一弹性体(1-1)、第二弹性体(1-2)和第三弹性体(1-3)沿各自长度方向依次固接为一体，第一弹性体(1-1)的侧壁上加工有贴片孔(1-1-1)，贴片孔(1-1-1)内设置有两个轴向力应变片(1-4)，两个轴向力应变片(1-4)之间通过导线连接，第二弹性体(1-2)上相对的两个侧壁上分别设置有一个横向力应变片(1-5)，两个横向力应变片(1-5)之间通过导线连接，第三弹性体(1-3)上相对的两个侧壁上分别设置有一个纵向力应变片(1-6)，两个纵向力应变片(1-6)之间通过导线连接；每个关节一维力矩传感器(2)包括圆柱形关节(2-1)、弹性体横梁(2-2)、连接法兰(2-3)和两个关节应变片(2-4)，弹性体横梁(2-2)固接在圆柱形关节(2-1)外壁的中部，且圆柱形关节(2-1)的中心轴线方向垂直于弹性体横梁(2-2)的端面设置，弹性体横梁(2-2)的底面垂直固接在连接法兰(2-3)的端面上，两个关节应变片(2-4)分别固接在弹性体横梁(2-2)底面的两端处，两个关节应变片(2-4)之间通过导线连接；三维力传感器(1)的上端固接有普通关节(6)，三维力传感器(1)的侧壁上安装有数据采集模块(3)，两个关节一维力矩传感器(2)之间通过连接件(5)连接，其中一个关节一维力矩传感器(2)的一端通过支架(7)与普通关节(6)连接，支架(4)上设置有信息处理模块(4)，三维力传感器(1)与数据采集模块(3)之间通过导线连接，数据采集模块(3)和信息处理模块(4)之间通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种六足机器人腿部全方位力感知系统，其特征在于：三维力传感器(1)的上端外壁套装有减震弹簧(7)。

3.根据权利要求1或2所述的一种六足机器人腿部全方位力感知系统，其特征在于：两个轴向力应变片(1-4)，两个横向力应变片(1-5)、两个纵向力应变片(1-6)和两个关节应变片(2-4)均为电阻应变片。

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