CN111982360A - 一种用于机器人足部的小型压力感知装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机器人足部的小型压力感知装置，它是由压力传感器本体(2)、传感器支架(3)、密封垫片(4)、柔性密封液压囊(5)、液压囊保护罩6)、密封压紧螺母(7)和液压油腔体(8)组成的，所述压力传感器本体(2)和传感器支架(3)之间焊接固定连接，所述的柔性密封液压囊(5)套设在传感器支架(3)的底部。本发明使用不可压缩的液压油充满压力腔体，仅需少量介质即可完成压力传导功能，且可通过调节柔性密封液压囊的形状或覆盖金属保护罩来配合适应各种路面环境，适应性强，压力反馈速度快,适用范围广，测量压力精确度高，且安装、拆卸方便。

Description

一种用于机器人足部的小型压力感知装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种用于机器人足部的小型压力感知装置。

背景技术

机器人的足部结构是机器人感知系统中至关重要的一部分，为了检测机器人足部对地面施加的压力，足部压力检测装置应运而生。一般来讲，传统的压力检测装置，主要基于金属应变片的形变检测压力，或者采用昂贵的六维力传感器实现，或者由应变式传感器和信号调理电路组成，其中应变式传感器有行程开关式、位移传感器式，电阻应变片式等。根据机器人运动特点可知，足部压力检测装置承受压力较大，且经常会由于地面不平整在某个着力点受到较大的冲击，从而造成传感器的损坏。因此，亟待一种成本低廉、结构简单、体积小、质量轻、易于集成的足部压感知装置，能够提供足够精度的力学信息，帮助机器人准确获取外部环境状态。

参看图1，中国专利201120050023.5公开了一种人形机器人足部压力检测装置，包括：CAN总线1、CAN总线驱动器2、微控制器10、一路电源电压检测装置6、过流自动保护装置4、四路电阻应片式压力传感器9，四路低通滤波器8，四路差分放大电路7、稳压电源5以及机器人支架。

参看图2，中国专利201710940327.0，公开了一种具有足底压力检测功能的机器人足部装置，其包括从上至下叠置的上底板、缓冲垫以及下底板。上底板上布设有若干单维力传感器，每一单维力传感器均包括缓冲部以及检测片，缓冲部固定在检测片的底部，检测片与电子线路电气连接。缓冲垫对应单维力传感器的位置开设有第一通孔，缓冲部嵌入第一通孔内，下底板对应于缓冲部的位置向上延伸出支撑柱。缓冲垫上还开设有第二通孔，第二通孔内嵌置有压力弹簧。

参看图3，中国专利201710895232.1公开了一种足部结构，包括脚板及设置在脚板底部的气压模组、数据处理模块；脚板上设有用于连接机器人腿部的连接组件；气压模组包括至少一个气压监测单元，气压监测单元设置在脚板的底部；气压检测单元包括气压传感器、气囊，气压传感器连接气囊；气囊上设有充气口。

参看图4，中国专利201310043348.4公开了一种基于模块化阵列传感器的仿人机器人足部结构，包括脚板、固定在脚板后端的后脚掌、通过脚掌连接件与脚板连接并能转动的前脚掌，所述脚板底部固定有由若干用于感知地面反力信息的传感器组成的传感器阵列，所述脚板上设有用于与机器人腿连接的连接组件。

参看图5，中国专利200710098710.2公开了一种基于ERF电流变敏感材料的多足机器人足端压力传感器，由足端处理机械船体装置、信号转换及方法装置和ERF电流变敏感材料减震装置组成。

上述公开发明的技术方案存在以下缺陷：

1.以应变片式、薄膜式压力传感器为基础的测量装置灵敏度偏低，一般仅为1-2mV/V；

2.ERF电流变敏感材料没有广泛使用，不易获取。

3.采用气囊结构的装置由于气体具有可压缩性，需要设置较大的气囊提供运动缓冲空间，因此要求机器人足部必须有较大的脚掌以满足安装条件，不适用于无脚掌结构的多足机器人；

4.使用橡胶垫等固体材料作为机器人足底的缓冲层对地面的适应能力有限，在坚硬且凹凸不平的路面环境下会对传感器造成损伤。

5.测量压力装置要求机器人的足部结构设计复杂，难以快速拆卸、安装，不能模块化实现。

发明内容

本发明目的是提供一种用于机器人足部的小型压力感知装置，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。

为了解决背景技术中所存在的问题，一种用于机器人足部的小型压力感知装置，它是由压力传感器本体2、传感器支架3、密封垫片4、柔性密封液压囊5、液压囊保护罩6、密封压紧螺母7和液压油腔体8组成的，所述压力传感器本体2和传感器支架3之间焊接固定连接，所述的柔性密封液压囊5套设在传感器支架3的底部，所述柔性密封液压囊5的环形底面压紧于压力传感器本体2与传感器支架3形成的环形凸台之上，所述的密封压紧螺母7与传感器支架3旋接固定连接，所述的密封垫片4套设在柔性密封液压囊5与密封压紧螺母7之间，所述的液压囊保护罩6粘贴在柔性密封液压囊5的外表面处。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明使用不可压缩的液压油充满压力腔体，仅需少量介质即可完成压力传导功能，且可通过调节柔性密封液压囊的形状或覆盖金属保护罩来配合适应各种路面环境，适应性强，压力反馈速度快；

2.本发明不要求机器人足部具有复杂结构以适应本压力测量装置，仅需要在末端有螺纹接口等简单锁紧机械接口即可，其结构简单、通用性强；

3.本发明不限制压力传感器的类型，可使用扩散硅压力传感器、玻璃微熔压力传感器、溅射薄膜压力传感器、蓝宝石压力传感器等各类传感器，适用范围广，测量压力精确度高；

4.本发明采用模块化设计，安装、拆卸方便，体积小、结构灵活，可单独使用也可组成阵列使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。

图1是本发明背景技术中一种人形机器人足部压力检测装置的结构示意图；

图2是本发明背景技术中一种具有足底压力检测功能的机器人足部装置的结构示意图；

图3是本发明背景技术中一种足部结构的结构示意图；

图4是本发明背景技术中一种基于模块化阵列传感器的仿人机器人足部结构的结构示意图；

图5是本发明背景技术中一种基于ERF电流变敏感材料的多足机器人足端压力传感器的结构示意图；

图6是本发明的剖面示意图；

图7是本发明的立体图；

图8是本发明中压力传感器部分的结构示意图；

图9是本发明中传感器支架部分的结构示意图；

图10是本发明中柔性密封液压囊部分的结构示意图；

其中图6中，1—压力传感器线缆，2—压力传感器本体，3—传感器支架，4—密封垫片，5—柔性密封液压囊，6—液压囊保护罩，7—密封压紧螺母，8—液压油腔体，9—压力传感器感压膜片。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

参看图6，一种用于机器人足部的小型压力感知装置，它是由压力传感器本体2、传感器支架3、密封垫片4、柔性密封液压囊5、液压囊保护罩6、密封压紧螺母7和液压油腔体8组成的，所述压力传感器本体2和传感器支架3之间焊接固定连接，所述的柔性密封液压囊5套设在传感器支架3的底部，所述柔性密封液压囊5的环形底面压紧于压力传感器本体2与传感器支架3形成的环形凸台之上，所述的密封压紧螺母7与传感器支架3旋接固定连接，挤压柔性密封液压囊5向外的延展部分，达到密封效果；所述的密封垫片4套设在柔性密封液压囊5与密封压紧螺母7之间，使密封压紧螺母7施加在柔性密封液压囊5上的力作用均匀，达到减小柔性材料磨损的目的；所述的液压囊保护罩6粘贴在柔性密封液压囊5的外表面处，保护柔性材料不受损伤。

当机器人足部与地面接触时，柔性密封液压囊5产生弹性形变趋势，由于密封压紧螺母7的限位作用，弹性形变只能发生在柔性密封液压囊5外型为半球状的下半部分，液压囊采用橡胶等材质，质地柔软又具有一定强韧度，因此产生适当的形变能够对足部机械结构起到缓冲作用；液压油腔体8内部充满液压油作为传导压力的介质，由于液压油具有不可压缩性，使得液压囊外部受到的压力可以迅速传导至压力传感器感压膜片9上，由压力传感器本体2将液压油腔体8的压强信号转换为模拟电信号，再经由其内部的信号调理电路进行温度补偿、线性校准转换为数字电信号，通过压力传感器线缆1发送给机器人控制器进行决策处理。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种用于机器人足部的小型压力感知装置，其特征在于它是由压力传感器本体(2)、传感器支架(3)、密封垫片(4)、柔性密封液压囊(5)、液压囊保护罩6)、密封压紧螺母(7)和液压油腔体(8)组成的，所述压力传感器本体(2)和传感器支架(3)之间焊接固定连接，所述的柔性密封液压囊(5)套设在传感器支架(3)的底部，所述柔性密封液压囊(5)的环形底面压紧于压力传感器本体(2)与传感器支架(3)形成的环形凸台之上，所述的密封压紧螺母(7)与传感器支架(3)旋接固定连接，所述的密封垫片(4)套设在柔性密封液压囊(5)与密封压紧螺母(7)之间，所述的液压囊保护罩(6)粘贴在柔性密封液压囊(5)的外表面处。

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