CN111924020B - 用于机器人的腿部组件及设备 - Google Patents

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Abstract

本申请揭示了一种用于机器人的腿部组件及设备，属于机器人技术领域。该腿部组件包括：连接组件、足底组件以及控制单元；连接组件用于连接腿部组件与机器人本体；足底组件包含足底板、第一力传感器、距离传感器以及姿态传感；连接组件包含第二力传感器以及小腿连接件；第一力传感器用于检测足底板在接触到障碍物后受到的法向反作用力；第二力传感器用于检测足底板在接触到障碍物后受到的反作用力的合力。由于增加了机器人对环境的感知信息种类与质量，从而使得控制单元可以解析更全面的检测结果来控制机器人通过腿部组件移动，极大的提高了对机器人的腿部组件的控制效果。

Description

用于机器人的腿部组件及设备
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，特别涉及一种用于机器人的腿部组件及设备。
背景技术
目前，越来越多的足式机器人被设计应用在日常生活中，在足式机器人设计的过程中，需要考虑控制足式机器人在不同环境下实现正常的行走移动，解决足式机器人行走移动的环境存在未知性的问题。
在相关技术中，通过在机器人的足部安装压力传感器，感知机器人足部接触的压力大小以及压力方向，根据检测到的压力信息调整足式机器人的行走方式，通过调整步幅或者调整行走方向，从而实现足式机器人在部分未知环境中实现正常行走。
然而，相关技术中的方案，在实际应用过程中，会存在由于足部机器人对环境的感知信息较少，而无法控制足式机器人通过调整足部姿态，在部分未知环境下进行正常移动，从而限制了足式机器人的应用场景。
发明内容
本申请提供一种用于机器人的腿部组件及设备。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种用于机器人的腿部组件，其特征在于，该腿部组件100包括：连接组件110、足底组件120以及控制单元130；
该连接组件110用于连接该腿部组件100与机器人本体140；
该足底组件120包含足底板1201、第一力传感器1202、距离传感器1203以及姿态传感器1204；
该连接组件110包含第二力传感器1101以及小腿连接件1102；
该第一力传感器1202、该距离传感器1203、该姿态传感器1204以及该第二力传感器1101分别与该控制单元130电性相连；
该第一力传感器1202用于检测该足底板1201在接触到障碍物后受到的法向反作用力；
该距离传感器1203用于检测该足底板1201距离该障碍物的实时距离；
该姿态传感器1204用于检测该足底板1201的空间朝向；
该第二力传感器1101用于检测该足底板1201在接触到该障碍物后受到的反作用力的合力。
在一种可能的实现方式中，该足底组件120与该连接组件110之间通过关节组件150相连；
该关节组件150包含关节球窝1501、球关节1502以及弹性组件1503；
该足底板1201，用于响应于受到接触面的反作用力，带动该关节球窝1501进行相对于该球关节1502的三自由度的转动，以适应贴合该接触面。
在一种可能的实现方式中，该弹性组件1503包含圆锥复位弹簧；
该圆锥复位弹簧，用于响应于该足底板1201接触该障碍物，处于被动压缩状态；
该圆锥复位弹簧，还用于响应于该足底板1201脱离接触该障碍物后，将储存的能量释放，以带动该足底板1201恢复至初始状态。
在一种可能的实现方式中，该关节球窝1501是带限位结构的关节球窝；
该带限位结构的关节球窝的前后边缘设置为低边缘位，该带限位结构的关节球窝的左右边缘设置为高边缘位。
在一种可能的实现方式中，该足底板1201是具有空洞或者凹槽的金属结构件；该第一力传感器1202、该距离传感器1203以及该姿态传感器1204与该控制单元130的连接导线经过该金属结构件上的该空洞或者凹槽连接到该控制单元130上。
在一种可能的实现方式中，该足底板金属结构件的底部以及外侧包覆有足底橡胶1206。
在一种可能的实现方式中，该第一力传感器1202是离子型薄膜力传感器；该离子型薄膜力传感器位于该足底橡胶1206以及该金属结构件底部之间；该离子型薄膜力传感器是呈环状布置的。
在一种可能的实现方式中，该距离传感器1203是薄膜距离传感器；该薄膜距离传感器位于该足底橡胶1206以及该金属结构件底部之间的中间区域；该薄膜距离传感器下方对应的该足底橡胶1206的厚度小于其他位置的该足底橡胶1206的厚度。
在一种可能的实现方式中，在该金属结构件的凹槽中设置该姿态传感器1204。
在一种可能的实现方式中，该弹性组件1503包含圆锥复位弹簧；该圆锥复位弹簧套装在该球关节1502的外围；该圆锥复位弹簧的下端连接在该足底板1201上，上端连接在该小腿连接件1102上。
在一种可能的实现方式中，该小腿连接件1102为中空的三棱柱连接件；该小腿连接件1102的下端与该第二力传感器1101通过法兰进行连接。
在一种可能的实现方式中，该姿态传感器1204是惯性测量单元IMU。
在一种可能的实现方式中，该第二力传感器1101是六轴力传感器。
在一种可能的实现方式中，该控制单元130设置在机器人本体140中。
一方面，提供了一种用于机器人的腿部设备，其特征在于，该设备包括：
机器人本体140，以及，该腿部组件100。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
在本申请实施例所示的方案中，通过在用于机器人的腿部组件中安装有第一力传感器、距离传感器、姿态传感器以及第二力传感器，实现了腿部组件对接触环境的全面检测，并将检测结果上传控制单元；本申请所示的方案不止通过单一的压力传感器检测获取单一方面的测量结果，增加了机器人对环境的感知信息种类与质量，从而使得控制单元可以解析更全面的检测结果来控制机器人通过腿部组件移动，极大的提高了对机器人的腿部组件的控制效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于机器人的腿部组件的构造图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种腿部组件的结构示意图。
图3是图2所示实施例涉及的一种足底组件120的剖面结构示意图。
图4是图2所示实施例涉及的一种关节组件150的剖面结构示意图。
图5是图2所示实施例涉及的一种连接组件110的剖面结构示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种腿部组件的应用在机器人设备上的示意图。
图7是根据一示例性实施例示出的一种用于机器人的腿部组件进行传感检测的方法流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
应当理解的是，在本文中提及的“若干个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
为了便于理解，下面对本申请涉及的几个名词进行解释。
1)人工智能
人工智能(Artificial Intelligence,AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。换句话说，人工智能是计算机科学的一个综合技术，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。人工智能也就是研究各种智能机器的设计原理与实现方法，使机器具有感知、推理与决策的功能。
人工智能技术是一门综合学科，涉及领域广泛，既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。人工智能基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。人工智能软件技术主要包括计算机视觉技术、语音处理技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习等几大方向。
随着人工智能技术研究和进步，人工智能技术在多个领域展开研究和应用，例如常见的智能家居、智能穿戴设备、虚拟助理、智能音箱、智能营销、无人驾驶、自动驾驶、无人机、机器人、智能医疗、智能客服等，相信随着技术的发展，人工智能技术将在更多的领域得到应用，并发挥越来越重要的价值。
请参考图1，其示出了本申请一个示例性的实施例提供的用于机器人的腿部组件的构造图。如图1所示，该腿部组件100包括：连接组件110、足底组件120以及控制单元130；
连接组件110用于连接腿部组件100与机器人本体140；
足底组件120包含足底板1201、第一力传感器1202、距离传感器1203以及姿态传感器1204；
连接组件110包含第二力传感器1101以及小腿连接件1102；
第一力传感器1202、距离传感器1203、姿态传感器1204以及第二力传感器1101分别与控制单元130电性相连；
第一力传感器1202用于检测足底板1201在接触到障碍物后受到的法向反作用力；
距离传感器1203用于检测足底板1201距离障碍物的实时距离；
姿态传感器1204用于检测足底板1201的空间朝向；
第二力传感器1101用于检测足底板1201在接触到障碍物后受到的反作用力的合力。
综上所述，通过在用于机器人的腿部组件中安装有第一力传感器、距离传感器、姿态传感器以及第二力传感器，实现了腿部组件对接触环境的全面检测，并将检测结果上传控制单元；本申请所示的方案不止通过单一的压力传感器检测获取单一方面的测量结果，增加了机器人对环境的感知信息种类与质量，从而使得控制单元可以解析更全面的检测结果来控制机器人通过腿部组件移动，极大的提高了对机器人的腿部组件的控制效果。
请参考图2，其示出了本申请一个示例性的实施例提供的腿部组件的结构示意图。如图2所示，该腿部组件100包括：连接组件110、足底组件120以及控制单元130；
连接组件110用于连接腿部组件100与机器人本体140；
足底组件120包含足底板1201、第一力传感器1202、距离传感器1203以及姿态传感器1204；
连接组件110包含第二力传感器1101以及小腿连接件1102；
第一力传感器1202、距离传感器1203、姿态传感器1204以及第二力传感器1101分别与控制单元130电性相连；
第一力传感器1202用于检测足底板1201在接触到障碍物后受到的法向反作用力；
距离传感器1203用于检测足底板1201距离障碍物的实时距离；
姿态传感器1204用于检测足底板1201的空间朝向；
第二力传感器1101用于检测足底板1201在接触到障碍物后受到的反作用力的合力。
在一种可能的实现方式中，足底组件120与连接组件110之间通过关节组件150相连。
例如，请参考图3，其示出了本申请实施例涉及的足底组件120的剖面结构示意图。如图3所示，该足底组件120是用来与环境直接接触的组件，通过环境与足底组件120进行不同程度的接触，可以对足底组件120产生不同大小与方向的反作用力，为了准确的测量接触环境对足底组件120产生的影响，该足底组件120上中需要内置用来测量环境产生信息的传感器。其中，足底组件120可以包括：足底板1201、第一力传感器1202、距离传感器1203、姿态传感器1204、密封环1205以及足底橡胶1206。
在一种可能的实现方式中，足底板1201与环境的接触面是圆形平面，圆形平面可以提供各向同性的接触条件，并且方便基于经典的库仑摩擦锥模型0≤Ff≤μFn，对足底接触力进行力学建模。
其中，Ff为静摩擦力，μ为静摩擦系数，Fn为法向力。
在一种可能的实现方式中，为了提高足底板的摩擦力系数，并且为足部落地时产生的冲击提供一定程度的缓冲，同时对足底板1201进行保护。在足底板1201的底部和外侧包覆橡胶垫作为足底橡胶1206。
在一种可能的实现方式中，在足底板1201的下方以及底部的足底橡胶1206之间设置有第一力传感器1202。
其中，第一力传感器1202可以是离子型薄膜力传感器，并且呈环形分布在足底板1201的下方以及底部的足底橡胶1206之间。
该离子型薄膜力传感器可以对接触足底板1201的障碍物与足底板1201之间的法向接触力进行测量。
利用离子型薄膜力传感器可以提高测量法向接触力的准确度，并且减小占用空间的同时也减轻了重量。
在一种可能的实现方式中，在足底板1201的下方以及底部的足底橡胶1206之间设置有距离传感器1203。
其中，距离传感器1203位于呈环形分布的第一力传感器1202的中心区域，并且距离传感器1203可以是薄膜距离传感器，该薄膜距离传感器可以对足底板1201接近或者远离环境中的障碍物时，测量与障碍物之间的距离。
在一种可能的实现方式中，薄膜距离传感器下方对应部分的足底橡胶1206的厚度小于其他位置的足底橡胶1206的厚度。
通过减小薄膜距离传感器下方部分的足底橡胶1206的厚度，可以使薄膜距离传感器获得更高的测量效果以及具有更远的测量距离。
将通过薄膜距离传感器以及离子型薄膜力传感器检测得到的足底橡胶1206与外界环境之间的距离以及法向接触力的测量值，将测量值上传到控制单元130，从而提高控制单元130对腿部组件100的控制效果。
在一种可能的实现方式中，姿态传感器1204是惯性测量单元(InertialMeasurement Unit，IMU)。
其中，IMU是测量物体三轴姿态角以及加速度的装置。
在一种可能的实现方式中，IMU的坐标系与足底板1201的坐标系的相对姿态可以任意布置，对布置后的IMU与足底板进行校准后，可以测量得到足底板1201的三轴姿态角作为姿态测量值，通过姿态测量值确定足底板1201的空间朝向。
在一种可能的实现方式中，IMU的坐标系与足底板1201的坐标系对齐布置，无需进行校准，直接测量得到姿态测量值。
其中，IMU在地理绝对坐标系下，测量足底板1201的欧拉角，其中，欧拉角代表一系列的三维基本旋转角度，围绕一个坐标系的各轴的一系列旋转的角度。例如，首先绕z轴旋转一个α角，然后绕x轴做一个β角的旋转，最后再绕z轴来一个γ角的旋转。根据测量的欧拉角，获得足底板1201的空间朝向。
在一种可能的实现方式中，IMU与足底板金属结构件之间安装有减震垫片，用来减少足底板1201落地的冲击对IMU造成的测量干扰或者对IMU的物理损伤。
在一种可能的实现方式中，密封环1205用来加强与足底板上盖进行连接的效果。
在一种可能的实现方式中，足底板1201是具有空洞或者凹槽的金属结构件；第一力传感器1202、距离传感器1203以及姿态传感器1204与小腿连接件1102的连接导线经过金属结构件上的空洞或者凹槽连接到小腿连接件1102上。
其中，足底板1201与地面的接触面可以是圆形平面。
其中，连接导线可以通过小腿连接件1102连接到机器人本体140中的控制单元130上。
在一种可能的实现方式中，足底板金属结构件的底部以及外侧包覆有足底橡胶1206。
在一种可能的实现方式中，第一力传感器1202是离子型薄膜力传感器；离子型薄膜力传感器位于足底橡胶1206以及金属结构件底部之间；离子型薄膜力传感器是呈环状布置的。
在一种可能的实现方式中，距离传感器1203是薄膜距离传感器；薄膜距离传感器位于足底橡胶1206以及金属结构件底部之间的中间区域；薄膜距离传感器下方对应的足底橡胶1206的厚度小于其他位置的足底橡胶1206的厚度。
在一种可能的实现方式中，在金属结构件的凹槽中设置姿态传感器1204。
在一种可能的实现方式中，姿态传感器1204与金属结构件之间安装有减震垫片。
其中，关节组件150包含关节球窝1501、球关节1502、弹性组件1503、下卡环1506、柔性保护罩1505以及上卡环1504；
响应于所述足底板1201受到反作用力带动所述关节球窝1501进行相对于所述球关节1502的三自由度的转动，使所述足底板1201适应贴合接触面。
在一种可能的实现方式中，弹性组件1503包含圆锥复位弹簧；圆锥复位弹簧用于响应于足底板1201接触障碍物，处于被动压缩状态，响应于脱离接触障碍物后，将储存的能量释放并且带动足底板1201恢复至初始状态。
在一种可能的实现方式中，关节球窝1501是带限位结构的关节球窝；
带限位结构的关节球窝的前后边缘设置为低边缘位，带限位结构的关节球窝的左右边缘设置为高边缘位。
例如，请参考图4，其示出了本申请实施例涉及的关节组件150的剖面结构示意图。如图4所示，关节组件150可以使足底组件120具有一定程度的自由度，使足底可以进行一定程度的转动。其中，关节组件150可以包括如下内容：关节球窝1501、球关节1502、弹性组件1503、上卡环1504、柔性保护罩1505、下卡环1506、足底板上盖1507、球窝渐开槽1508以及密封环槽位1509。
在一种可能的实现方式中，通过使足底板上盖1507上的密封环槽位1509与密封环1205紧密贴合，连接足底组件120与关节组件150。
在一种可能的实现方式中，关节球窝1501可以进行相对于球关节1502的三个自由度的旋转运动。
在一种可能的实现方式中，关节球窝1501是带限位结构的关节球窝；
带限位结构的关节球窝的前后边缘设置为低边缘位，带限位结构的关节球窝的左右边缘设置为高边缘位。
其中，对于俯仰自由度通过球窝的前后低边缘位扩大其运动范围，而对于滚转自由度则通过球窝左右的高边缘位维持相对小一点的运动范围。
其中，低边缘位的关节球窝1501部分，可以形成球窝渐开槽1508。当球窝渐开槽1508增大时，可以提高了球关节1502的俯仰自由度。
其中，球关节球头与关节球窝1501的尺寸大小，满足保证关节球窝1501和球关节球头的连接强度，可以避免发生脱节。
在一种可能的实现方式中，足底板1201用于响应于受到接触面的反作用力，带动关节球窝1501进行相对于球关节1502的三自由度的转动，以适应贴合所述接触面。
例如，当足底板1201接触到障碍物时，障碍物作用于足底板1201的反作用力带动关节球窝1501通过自适应调节三个自由度方向的角度，从而调整连接的足底板1201在三个自由度方向的姿态角角度，从而自适应调整足底板1201的空间朝向。
当足底板1201接触到障碍物时，为了使足底板1201自适应实现在不同的接触角度下对障碍物的适应贴合能力，可以通过调节关节球窝1501相对于球关节1502进行三个自由度的角度调整进行实现。
在一种可能的实现方式中，在球关节1502上设置编码器，通过编码器可以直接测量球关节1502的旋转角度，从而获得连接的足底板1201的各个姿态角角度。
在一种可能的实现方式中，当足底板1201脱离接触障碍物时，为了使足底板1201恢复到初始的空间朝向状态，在关节组件150中设置有弹性组件1503。
其中，弹性组件1503可以是圆锥复位弹簧，并且圆锥复位弹簧的一端连接在足底板1201上，另一端连接在小腿连接件1102处。
在一种可能的实现方式中，弹性组件1503包含圆锥复位弹簧；圆锥复位弹簧用于响应于足底板1201接触所述障碍物，处于被动压缩状态，响应于脱离接触所述障碍物后，将储存的能量释放并且带动所述足底板1201恢复至初始状态。
其中，圆锥复位弹簧用于响应于所述足底板1201接触障碍物，处于被动压缩状态；圆锥复位弹簧还用于响应于足底板1201脱离接触障碍物后，将储存的能量释放，以带动足底板1201恢复至初始状态。
其中，当球关节1502发生三个自由度的任意转动时，圆锥复位弹簧会处于被动压缩状态，当脱离接触障碍物后，圆锥复位弹簧会将储存的能量释放，带动足底板1201恢复至初始状态。
例如，当足底板1201脱离接触障碍物时，球关节1502通过圆锥复位弹簧恢复三个自由度方向的角度为初始角度，从而调整连接的足底板1201在三个自由度方向的姿态角角度为初始角度，从而调整足底板1201的空间朝向恢复为初始空间朝向。
在一种可能的实现方式中，弹性组件1503是弹性包覆材料。
其中，圆锥复位弹簧相较于弹性包覆材料具备更稳定一致的弹性性能，对于足底板1201的复位效果可靠性更高。
在一种可能的实现方式中，在弹性组件1503的外侧包覆有柔性保护罩1505。
其中，柔性保护罩1505的一端可以套接于足底板上盖1507处，另一侧套接于小腿连接件1102处。
在一种可能的实现方式中，关节组件150中的上卡环1504与下卡环1506可以用于将柔性保护罩1505的两端分别固定于足底板上盖1507以及小腿连接件1102上。进而对关节组件150进行封闭包覆，从而达到防尘防水的目的。
在一种可能的实现方式中，弹性组件1503包含圆锥复位弹簧；圆锥复位弹簧套装在球关节1502的外围；圆锥复位弹簧的下端连接在足底板1201上，上端连接在小腿连接件1102上。
例如，请参考图5，其示出了本申请实施例涉及的连接组件110的剖面结构示意图。如图5所示，连接组件110可以将小腿部分与关节组件150相连接。其中，连接组件110可以包括如下内容：第二力传感器1101、小腿连接件1102、下法兰1103、走线孔1104以及上法兰1105。
在一种可能的实现方式中，第二力传感器1101是六轴力传感器。
其中，六轴力传感器可以对足底板1201所受的反作用力的合力矢量进行测量。
其中，六轴力传感器的前端可以连接于球关节球头法兰，六轴力传感器的后端可以连接于下法兰1103，从而实现受到的力或者力矩的传导。
在一种可能的实现方式中，小腿连接件1102是三棱柱连接件。
通过将小腿连接件设置为三棱柱的形状，可以方便使用上法兰1105与下法兰1103进行组件间的连接。
在一种可能的实现方式中，走线孔1104位于小腿连接件之中。
走线孔1104可以用来作为第一力传感器1202、距离传感器1203、姿态传感器1204、编码器以及第二力传感器1101上传测量数据到控制单元130时，使用的连接导线的布置通道。
在一种可能的实现方式中，柔性保护罩1505通过上卡环连接于连接件下卡环的位置。
在一种可能的实现方式中，小腿连接件1102为中空的三棱柱连接件；小腿连接件1102的下端与第二力传感器1101通过法兰进行连接。
在一种可能的实现方式中，控制单元130设置在机器人本体140中。
综上所述，通过在用于机器人的腿部组件中安装有第一力传感器、距离传感器、姿态传感器以及第二力传感器，实现了腿部组件对接触环境的全面检测，并将检测结果上传控制单元；本申请所示的方案不止通过单一的压力传感器检测获取单一方面的测量结果，增加了机器人对环境的感知信息种类与质量，从而使得控制单元可以解析更全面的检测结果来控制机器人通过腿部组件移动，极大的提高了对机器人的腿部组件的控制效果。
本申请提供一种用于机器人的腿部组件，可以应用在双足人形机器人、多足机器人等不同的足式机器人本体上，或者可应用到各类串联或并联多关节类机器人的末端，与环境进行交互。当应用到腿足式机器人平台上作为足底时，可以适应复杂地形并且为控制算法提供接触状态的实时有效反馈，从而提升机器人的平衡控制和通过能力；当应用到机械臂一类的机器人平台上作为末端执行器时，则可为机器人提供丰富的环境感知信息,实现与环境的自适应且安全的接触交互。请参考图6，其示出了本申请一个示例性的实施例提供的腿部组件的应用在机器人设备上的示意图。如图6所示，该足部机器人可以是双足人形机器人，该机器人包括机器人本体140、控制单元130以及腿部组件100。
其中，腿部组件100用于执行行走指令，使机器人按照行走指令移动。
行走指令可以由控制单元130发送给腿部组件100。
其中，腿部组件100上安装有不同种类的传感器，用来检测收集当前时刻环境信息，腿部组件100与控制单元130之间电性相连，检测收集到的当前时刻环境信息可以上传到控制单元130，由控制单元130对环境信息进行解析，控制接下来一个时刻发送给腿部组件100进行执行的行走指令。
综上所述，通过在用于机器人的腿部组件中安装有第一力传感器、距离传感器、姿态传感器以及第二力传感器，实现了腿部组件对接触环境的全面检测，并将检测结果上传控制单元；本申请所示的方案不止通过单一的压力传感器检测获取单一方面的测量结果，增加了机器人对环境的感知信息种类与质量，从而使得控制单元可以解析更全面的检测结果来控制机器人通过腿部组件移动，极大的提高了对机器人的腿部组件的控制效果。
请参考图7，其示出了本申请一个示例性的实施例提供的用于机器人的腿部组件进行传感检测的方法流程图。该进行传感检测的方法由腿部组件执行。如图7所示，该进行传感检测的方法可以包括以下步骤：
在步骤701中，通过第一力传感器检测足底板在接触到障碍物后受到的法向反作用力，获取法向反作用力的数据。
在步骤702中，通过距离传感器检测足底板距离障碍物的实时距离，获取实时距离的数据。
在步骤703中，通过姿态传感器检测足底板的空间朝向，并获取足底板的空间朝向信息。
在步骤704中，通过第二力传感器检测足底板在接触到障碍物后受到的反作用力的合力，获取合力的矢量数据。
在步骤705中，将法向反作用力的数据、实时距离的数据、足底板的空间朝向信息以及受到的反作用力的合力的矢量数据分别上传到控制单元。
在一种可能的实现方式中，法向反作用力的数据、实时距离的数据、足底板的空间朝向信息以及受到的反作用力的合力的矢量数据是对应的传感器实时进行实时检测获得的。
综上所述，通过在用于机器人的腿部组件中安装有第一力传感器、距离传感器、姿态传感器以及第二力传感器，实现了腿部组件对接触环境的全面检测，并将检测结果上传控制单元；本申请所示的方案不止通过单一的压力传感器检测获取单一方面的测量结果，增加了机器人对环境的感知信息种类与质量，从而使得控制单元可以解析更全面的检测结果来控制机器人通过腿部组件移动，极大的提高了对机器人的腿部组件的控制效果。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (13)

1.一种用于机器人的腿部组件，其特征在于，所述腿部组件(100)包括：连接组件(110)、足底组件(120)以及控制单元(130)；
所述连接组件(110)用于连接所述腿部组件(100)与机器人本体(140)；
所述足底组件(120)包含足底板(1201)、第一力传感器(1202)、距离传感器(1203)以及姿态传感器(1204)；
所述连接组件(110)包含第二力传感器(1101)以及小腿连接件(1102)；
所述第一力传感器(1202)、所述距离传感器(1203)、所述姿态传感器(1204)以及所述第二力传感器(1101)分别与所述控制单元(130)电性相连；
所述足底组件(120)与所述连接组件(110)之间通过关节组件(150)相连；所述关节组件(150)包含关节球窝(1501)、球关节(1502)以及弹性组件(1503)；所述足底板(1201)，用于响应于受到接触面的反作用力，带动所述关节球窝(1501)进行相对于所述球关节(1502)的三自由度的转动，以适应贴合所述接触面；所述球关节(1502)上设置有编码器，所述编码器用于直接测量球关节(1502)的旋转角度，以获得连接的所述足底板(1201)的各个姿态角角度；
所述第一力传感器(1202)是离子型薄膜力传感器；所述离子型薄膜力传感器在所述足底组件(120)中是呈环状布置的；所述第一力传感器(1202)用于检测所述足底板(1201)在接触到障碍物后受到的法向反作用力；
所述距离传感器(1203)用于检测所述足底板(1201)距离所述障碍物的实时距离；
所述姿态传感器(1204)用于检测所述足底板(1201)的空间朝向；
所述第二力传感器(1101)是六轴力传感器；所述第二力传感器(1101)用于检测所述足底板(1201)在接触到所述障碍物后受到的反作用力的合力。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述弹性组件(1503)包含圆锥复位弹簧；
所述圆锥复位弹簧，用于响应于所述足底板(1201)接触所述障碍物，处于被动压缩状态；
所述圆锥复位弹簧，还用于响应于所述足底板(1201)脱离接触所述障碍物后，将储存的能量释放，以带动所述足底板(1201)恢复至初始状态。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述关节球窝(1501)是带限位结构的关节球窝；
所述带限位结构的关节球窝的前后边缘设置为低边缘位，所述带限位结构的关节球窝的左右边缘设置为高边缘位。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述足底板(1201)是具有空洞或者凹槽的金属结构件；所述第一力传感器(1202)、所述距离传感器(1203)以及所述姿态传感器(1204)与所述控制单元(130)的连接导线经过所述金属结构件上的所述空洞或者凹槽连接到所述控制单元(130)上。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述足底板金属结构件的底部以及外侧包覆有足底橡胶(1206)。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述离子型薄膜力传感器位于所述足底橡胶(1206)以及所述金属结构件底部之间。
7.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述距离传感器(1203)是薄膜距离传感器；所述薄膜距离传感器位于所述足底橡胶(1206)以及所述金属结构件底部之间的中间区域；所述薄膜距离传感器下方对应的所述足底橡胶(1206)的厚度小于其他位置的所述足底橡胶(1206)的厚度。
8.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，在所述金属结构件的凹槽中设置所述姿态传感器(1204)。
9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述弹性组件(1503)包含圆锥复位弹簧；所述圆锥复位弹簧套装在所述球关节(1502)的外围；所述圆锥复位弹簧的下端连接在所述足底板(1201)上，上端连接在所述小腿连接件(1102)上。
10.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述小腿连接件(1102)为中空的三棱柱连接件；所述小腿连接件(1102)的下端与所述第二力传感器(1101)通过法兰进行连接。
11.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述姿态传感器(1204)是惯性测量单元IMU。
12.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述控制单元(130)设置在机器人本体(140)中。
13.一种用于机器人的腿部设备，其特征在于，所述设备包括：
机器人本体(140)，以及，
如权利要求1至12任一所述的腿部组件(100)。
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