本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種用于機器人行走機構(gòu)的帶減震的三維力傳感器。

背景技術(shù)：

仿生四足機器人是在復(fù)雜的自然地形中最容易實現(xiàn)穩(wěn)定行走的機械裝置之一,四足機器人多工作于非結(jié)構(gòu)化、不確定的環(huán)境中,因此通過穩(wěn)定的感知系統(tǒng)準確、實時地獲取外界和自身狀態(tài)信息尤為重要,而外界對其的作用力及自身的關(guān)節(jié)力矩信息正是這其中最重要的信息之一。現(xiàn)有的四足機器人腿部系統(tǒng)不具備全方位的力感知功能,不能夠保證感知腿部任意方向和任意位置受到的外界作用力,而且用于四足機器人的力傳感器為獨立元件,沒有融合于腿部的結(jié)構(gòu),所以普遍存在體積大、不易安裝和靈活性差的問題,限制了腿部結(jié)構(gòu)的設(shè)計,現(xiàn)有的傳感器彈性體與機器人系統(tǒng)以螺栓螺母形式相連接時,螺栓螺母的松緊程度對彈性體會產(chǎn)生較大的影響,直接影響到傳感器的測量精度。因此，設(shè)計一種可融合于腿部的三維力傳感器，并承擔(dān)一定功能如減震是未來足式機器人的發(fā)展方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的用于足式機器人的力傳感器無法感知機器人腿部任意方向和任意位置的受力情況,而且力傳感器體積大、不易安裝、靈活性差、無法與機器人腿部的結(jié)構(gòu)融合以及功能性單一,進而提供一種用于機器人行走機構(gòu)的具備減震功能的三維力傳感器。

為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于機器人行走機構(gòu)的具備減震功能的三維力傳感器，包括用于固定于腿部末端的圓板形固定平面、三根導(dǎo)電性連桿、三根線性彈簧、三個球鉸、三個向心關(guān)節(jié)軸承、上導(dǎo)電環(huán)、下導(dǎo)電環(huán)、觸地端，所述的固定平面上沿周向均勻設(shè)置有三個軸承座孔，所述連桿的上端通過向心關(guān)節(jié)軸承與所述軸承座孔活動連接；所述觸地端采用彈性材料，其上端為圓形平面，下端為球面，所述三個球鉸沿周向均勻設(shè)置在觸地端的圓形平面上，各個連桿下端分別與對應(yīng)的球鉸固定連接，所述的三根線性彈簧分別套在各個連桿上，其下端固定在連桿上，上端固定在與向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈固連的彈簧座上，所述下導(dǎo)電環(huán)固定在向心關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈上平面，上導(dǎo)電環(huán)固定在連桿頂端。

進一步地，各個連桿下端通過螺紋分別與對應(yīng)的球鉸固定連接。

進一步地，所述的球鉸通過螺紋與觸地端固連。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用類似三自由度并聯(lián)平臺的結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的用于足式機器人的力傳感器無法感知機器人腿部任意方向和任意位置的受力情況,而且力傳感器體積大、不易安裝、靈活性差、無法與機器人腿部的結(jié)構(gòu)融合以及功能性單一的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中I處放大示意圖。

示意圖中零部件的標號說明：

1-固定平面，2-球鉸，3-觸地端，4-線性彈簧，5-向心關(guān)節(jié)軸承，6-下導(dǎo)電環(huán)，7-上導(dǎo)電環(huán)，8-連桿。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。

如圖1和圖2所示，一種用于機器人行走機構(gòu)的具備減震功能的三維力傳感器，包括用于固定于腿部末端的圓板形固定平面1、三根導(dǎo)電性連桿8、三根線性彈簧4、三個球鉸2、三個向心關(guān)節(jié)軸承5、上導(dǎo)電環(huán)7、下導(dǎo)電環(huán)6、觸地端3，所述的固定平面1上沿周向均勻設(shè)置有三個軸承座孔，所述連桿8的上端通過向心關(guān)節(jié)軸承5與所述軸承座孔活動連接；所述觸地端3采用彈性材料，其上端為圓形平面，下端為球面，與地面接觸為由點接觸過渡到部分面接觸，具有減震效果且適應(yīng)復(fù)雜地形，所述三個球鉸2通過螺紋沿周向均勻設(shè)置在觸地端3的圓形平面上，各個連桿8下端通過螺紋分別與對應(yīng)的球鉸2固定連接，所述的三根線性彈簧4分別套在各個連桿8上，其下端固定在連桿8上，上端固定在與向心關(guān)節(jié)軸承5內(nèi)圈固連的彈簧座上，所述下導(dǎo)電環(huán)6固定在向心關(guān)節(jié)軸承5內(nèi)圈上平面，上導(dǎo)電環(huán)7固定在連桿8頂端。

當(dāng)?shù)孛鎸τ|地端3產(chǎn)生力的作用時，造成三根連桿8上的各線性彈簧4分別產(chǎn)生不同的壓縮量，連桿8相對固定端的伸出長度隨之改變，通過對上導(dǎo)電環(huán)7、下導(dǎo)電環(huán)6施加恒定電壓，連桿8為導(dǎo)電金屬材料，測出兩導(dǎo)電環(huán)之間的電流，通過QUOTE,測出連桿8伸出部分的電阻。由 QUOTE ,可計算出連桿8伸出部分的長度L，可得出 QUOTE 0，則可知線性彈簧4壓縮量或者伸長量,通過 QUOTE 得出三個連桿8上方向上所受的力的大小，通過測出三根連桿8不同的伸出長度，且該結(jié)構(gòu)的各個尺寸參數(shù)皆已知，可唯一確定觸地端3相對于固定端的一個位置，可得出連桿8方向相對足部末端坐標系的傾角，通過三角函數(shù)關(guān)系將三個連桿8三方向上所受的力投影到足部末端坐標系，則可得出地面對足部末端的一個力和力矩的作用大小和方向。上述計算過程皆編程于控制端。由于采用線性彈簧4作為彈性原件，具有減震效果。

本實施例解決了現(xiàn)有的用于足式機器人的力傳感器無法感知機器人腿部任意方向和任意位置的受力情況,而且力傳感器體積大、不易安裝、靈活性差、無法與機器人腿部的結(jié)構(gòu)融合以及功能性單一的問題, 體積小、安裝方便、靈活性好、可方便與機器人腿部的結(jié)構(gòu)融合以及功能性多樣。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。