[发明专利]一种适用于腿式机器人的足部触地检测机构

说明书

技术领域

本发明涉及腿式机器人的足部单元，更特别地说，是指一种适用于腿式机器人的足部触地检测机构。

背景技术

腿式机器人包括躯干和与躯干相连接的腿。目前主要的腿式机器人主要有双足机器人、四足机器人、六足机器人和八足机器人。各腿包括多个连杆。相邻的连杆由关节连接在一起从而能够运动。

2006年1月第28卷第1期《机器人ROBOT》，题目名称为“腿式机器人的研究综述”，作者刘静，赵晓光，谭民。文中指出腿式机器人的身体与地面是分离的，这种机械结构的优点在于，机器人的身体可以平衡地运动而不必考虑地面粗糙程度和腿的放置位置。腿式机器人的步态规划算法的基于思想是：已知机器人的腿部末端在坐标系中的位置，求腿各个关节的关节角。当关节角确定后，就可以构造机器人的步态模式。所述腿式机器人步态的方式决定了机器人对地形的适应性。高层控制器用于实现腿式机器人的姿态控制、运动控制和步态规划。

近些年来，随着机器人技术的发展，人们对机器人的运动实时感知能力提出了更高的要求。对于腿式机器人而言，如何实现不同动作成为其研究的热点。由于腿式机器人的工作环境复杂，影响其运动的因素较多，而其中能否灵敏感知足底触地状态是腿式机器人实现稳定运动的关键因素。

目前，我国一部分机器人采用简单的开环控制，如CN101370623公开的“腿式机器人”，能在确保躯干高度低的情况下以大步幅行走，但是步伐的长度需要事先预定，并不能够适应较为复杂的路面状况。还有一部分机器人采用了力/力矩传感器来获取机器人着地的力或力矩信息，如CN1860001的“腿式移动机器人”，即在设计中采用了力传感器反馈腿部活动状态。但是这类传感器的价格昂贵，且对安装和使用的要求也较高，因此，改进机器人足底的触地感知方式成为了腿式机器人机构设计的重要问题。

发明内容

为了提高腿式机器人足底触地状态的灵敏感知，本发明设计了一种适用于腿式机器人的足部触地检测机构。该足部触地检测机构一方面通过足部接触地面时引起的弹簧微小压缩实现两个铜柱的导通，该导通信号表明足部已触地；另一方面当足部离开地面时，弹簧压缩而产生的弹簧力而迫使两个铜柱的导通断开，该断开信号表明足部已离地；然后，腿式机器人的高层控制器通过各个单腿控制器来监控两个铜柱的导通和断开来判断足端是否触地。

本发明设计的一种适用于腿式机器人的足部触地检测机构，腿式机器人包括躯干和与躯干相连接的腿，所述腿上至少设有足支柱(1)；足支柱(1)上设有A连杆(1C)、B连杆(1D)和足远端体(1B)；其特征在于：足部触地检测机构包括有连接座(2)、固定座(3)、弹簧(4)、内螺纹铜柱(5)、A铜柱(6)、B铜柱(7)和螺母(8)；

足支柱(1)的A连杆(1C)的第一螺纹段(1C1)上连接有内螺纹铜柱(5)。

足支柱(1)的B连杆(1D)的第二螺纹段(1D1)上连接有螺母(8)。

连接座(2)上设有A支板(2A)、B支板(2B)、横板(2C)和圆凸台(2D)。A支板(2A)上设有AA螺纹孔(2A1)，通过该AA螺纹孔(2A1)与一螺钉的配合，实现连接座(2)的一端与腿式机器人的连接部位固定。B支板(2B)上设有AB螺纹孔(2B1)，通过该AB螺纹孔(2B1)与另一螺钉的配合，实现连接座(2)的另一端与腿式机器人的连接部位固定。

横板(2C)上设有A中心通孔(2C1)、AA通孔(2C2)和AB通孔(2C3)；所述A中心通孔(2C1)用于足支柱(1)的B连杆(1D)穿过；所述AA通孔(2C2)用于一导线穿过，穿过后的所述一导线的一端与A圆柱(6)固定，所述一导线的另一端与5V电源正极连接；所述AB通孔(2C3)用于另一导线穿过，穿过后的所述另一导线的一端与B圆柱(7)固定，所述另一导线的另一端与信号检测IO口相连。

圆凸台(2D)上设有AC螺纹盲孔(2D1)和AD螺纹盲孔(2D2)；所述AC螺纹盲孔(2D1)用于放置A螺纹钉(31)，所述A螺纹钉(31)的一端穿过固定座(3)上的BC沉头通孔(3D)后，螺纹连接在AC螺纹盲孔(2D1)中；所述AD螺纹盲孔(2D2)用于放置B螺纹钉(32)，所述B螺纹钉(32)的一端穿过固定座(3)上的BD沉头通孔(3E)后，螺纹连接在AD螺纹盲孔(2D2)中；

固定座(3)上设有B中心通孔(3A)、BA螺纹孔(3B)、BB螺纹孔(3C)、BC沉头通孔(3D)和BD沉头通孔(3E)；

所述的B中心通孔(3A)用于足支柱(1)的B连杆(1D)穿过；