CN108216420B - 一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，包括足模块、缓冲片、足底、左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器、右后薄膜压力传感器；足模块的底面开有四个沉孔，左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器、右后薄膜压力传感器分别安装在四个沉孔中，足模块的侧面被足底包裹，左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器和右后薄膜压力传感器分别与足底之间设置有缓冲片，足模块的底面与足底之间具有间隙。本发明结构简单，安装方便，灵敏度高，能够测量足部着地的冲击量与姿态，并且具有良好的防水防尘性能。

Description

一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构。
背景技术
近些年来，随着电机、材料等技术的发展，越来越多的腿足式机器人已出现在人们的视野中。跑跳能力作为衡量腿足式机器人的重要指标越来越被关注。由于腿式机器人针对复杂的未知环境，为实现机器人良好的跑跳感知，需要定量监测机器人足部受到的冲击并判断冲击来自哪个方向。目前，我国一部分机器人使用安装在足部的力/力矩传感器来获取机器人着地的力与力矩信息，如CN1860001的“腿式移动机器人”，在足部加入力矩传感器。但力矩传感器重量较大，且成本高昂，不利于大量推广；还有一部分机器人在足底使用微动开关，如专利号ZL201310139773.3的“一种腿式机器人足底触地感知机构”，通过足底微动开关闭合来感知触地信息。而微动开关只能提供一个开关量，尚不能监测触地力的大小。因此兼顾轻便、灵敏、低成本的触地感知机构成为一个重要的课题。
发明内容
本发明的目的是提出一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，该机构结构简单、成本低廉，能够定量测量受力情况并且可调量程。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，包括：足模块、缓冲片、足底、左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器、右后薄膜压力传感器；所述足模块的底面开有四个沉孔，左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器、右后薄膜压力传感器分别安装在四个沉孔中，所述足模块的侧面被足底包裹，左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器和右后薄膜压力传感器分别与足底之间设置有缓冲片，足模块的底面与足底之间具有间隙。
进一步的，所述左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器、右后薄膜压力传感器以及四个缓冲片只受到垂直方向的压力，不会发生水平滑移。
进一步的，所述足底外部具有增加摩擦力的纹理。
进一步的，所述四个沉孔中间开有一个力传感器电路孔。
进一步的，所述缓冲片采用缓冲橡胶片。
进一步的，所述足底采用橡胶足底。
本发明的有益效果是：结构简单，安装方便，灵敏度高，能够测量足部着地的冲击量与姿态，并且具有良好的防水防尘性能；本发明采用足底-薄膜压力传感器-缓冲片的设计，薄膜压力传感器两面均与柔性橡胶接触，对薄膜压力传感器进行有效保护；能够通过更换缓冲片的硬度与厚度来更改薄膜压力传感器的量程，不受环境的影响，具有较长的使用寿命与使用范围。
附图说明
图1是搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构外观图；
图2是搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构正中剖视图；
图3是搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构过力传感器中心的剖视图；
图4是足模块的底部视图；
图5是足模块底面平行地面着地的示意图；
图6是足模块偏向右后方着地的示意图；
图中，足模块1、缓冲片2、足底3、沉孔4、螺丝5、力传感器电路孔6、左前薄膜压力传感器7、左后薄膜压力传感器8、右前薄膜压力传感器9、右后薄膜压力传感器10、理论正确落脚点11、机器人腿12。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1-图4，本发明的搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，包括足模块1、缓冲片2、足底3、左前薄膜压力传感器7、左后薄膜压力传感器8、右前薄膜压力传感器9、右后薄膜压力传感器10；所述足模块1的底面开有四个沉孔4(见图4)，左前薄膜压力传感器7、左后薄膜压力传感器8、右前薄膜压力传感器9、右后薄膜压力传感器10分别安装在四个沉孔4中；所述足模块1的侧面被足底3包裹，通过螺丝5将足底3固定在足模块1上；左前薄膜压力传感器7、左后薄膜压力传感器8、右前薄膜压力传感器9和右后薄膜压力传感器10分别与足底3之间设置有缓冲片2(共四个)，足模块1的底面与足底3之间具有间隙，所述缓冲片2采用缓冲橡胶片；为了提高足底的耐磨性，所述足底3采用橡胶足底。
进一步的，受到沉孔4的限制，所述左前薄膜压力传感器7、左后薄膜压力传感器8、右前薄膜压力传感器9、右后薄膜压力传感器10以及四个缓冲片2只受到垂直方向的压力，不会发生水平滑移。
进一步的，所述足底3外部具有增加摩擦力的纹理(见图1、图2、图3)。
进一步的，所述四个沉孔4中间开有一个力传感器电路孔6，左前薄膜压力传感器7、左后薄膜压力传感器8、右前薄膜压力传感器9、右后薄膜压力传感器10的电路通过力传感器电路孔6向上延伸与控制器相连。
将本发明的足模块1与机器人腿固定连接，当触地时，足底1受到地面压力而收缩，压力被分散到左前薄膜压力传感器7、左后薄膜压力传感器8、右前薄膜压力传感器9和右后薄膜压力传感器10上。四个位置不同的薄膜压力传感器各自独立读取压力信息，如图5所示，如果机器人着地时足模块1的底面与地面平行，此时足底3给左前薄膜压力传感器7、左后薄膜压力传感器8、右前薄膜压力传感器9、右后薄膜压力传感器10受到相近的压力，因此具有相近的读数；如图6所示，此时机器人腿12的落脚点在理论正确落脚点11的右后方，此时着地时左前薄膜压力传感器7受到的压力最大，因此左前薄膜压力传感器7读数最大且；同理如果左后薄膜压力传感器8读数最大且超过阈值，可以判定该着地点偏向理论正确落脚点11的右前方；如果右前薄膜压力传感器9读数最大且超过阈值，可以判定该着地点偏向理论正确落脚点11的左后方；如果右后薄膜压力传感器10读数最大且超过阈值，可以判定该着地点偏向理论正确落脚点11的左前方；同时，可以根据四个薄膜压力传感器受力峰值的总和与持续时间估计着地瞬间足底3受到的冲量大小。当足模块1离开地面时，足底3对四个薄膜压力传感器的压力将会消失。

Claims (6)

1.一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，其特征在于，包括：足模块、缓冲片、足底、左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器、右后薄膜压力传感器；所述足模块的底面开有四个沉孔，左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器、右后薄膜压力传感器分别安装在四个沉孔中，所述足模块的侧面被足底包裹，左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器和右后薄膜压力传感器分别与足底之间设置有缓冲片，足模块的底面与足底之间具有间隙；
其中，若所述左前薄膜压力传感器读数最大且超过阈值，机器人腿的落脚点在理论正确落脚点的右后方；如果左后薄膜压力传感器读数最大且超过阈值，机器人腿的落脚点偏向理论正确落脚点的右前方；如果右前薄膜压力传感器读数最大且超过阈值，机器人腿的落脚点偏向理论正确落脚点的左后方；如果右后薄膜压力传感器读数最大且超过阈值，机器人腿的落脚点偏向理论正确落脚点的左前方。
2.根据权利要求1所述的一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，其特征在于，所述左前薄膜压力传感器、左后薄膜压力传感器、右前薄膜压力传感器、右后薄膜压力传感器以及四个缓冲片只受到垂直方向的压力，不会发生水平滑移。
3.根据权利要求1或2所述的一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，其特征在于，所述足底外部具有增加摩擦力的纹理。
4.根据权利要求1所述的一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，其特征在于，所述四个沉孔中间开有一个力传感器电路孔。
5.根据权利要求1所述的一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，其特征在于，所述缓冲片采用缓冲橡胶片。
6.根据权利要求1所述的一种搭载薄膜压力传感器的可调式足底机构，其特征在于，所述足底采用橡胶足底。
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