[发明专利]一种足式机器人腿部一维力传感器标定方法及系统

说明书

本发明涉及一种足式机器人腿部一维力传感器标定方法及系统，通过上位机对腿部驱动系统进行位置控制，并利用二维力传感器对足端进行力加载，得到各关节一维力传感器实际检测值，然后利用计算机软件搭建腿部驱动系统虚拟模型，将二维力传感器和各关节驱动单元位移传感器实际检测值输入虚拟模型中进行仿真，得到虚拟模型中各关节一维力传感器的理论检测值，最后利用最小二乘法求得各关节一维力传感器实际检测值和理论检测值之间的标定曲线，并根据标定曲线求得各关节修正标定的系数，通过此系数对一维力传感器进行标定，本发明的上述方法在不拆卸力传感器的情况下，实现了对一维力传感器的重新标定。

技术领域

本发明涉及足式机器人传感器检测设备领域，特别是涉及一种适用于足式机器人腿部一维力传感器标定方法及系统。

背景技术

机器人在各行各业中的应用越来越广泛，利用机器人可以代替人类从事一些危险性高、重复性强的工作。足式机器人模仿足式动物的生理特点进行结构设计，这使得足式机器人具有明显的非连续支撑的特点，从而对复杂环境具有更强的适应性。

足式机器人在行走过程中，足端与地面之间有时会产生很大的接触力。如果不能对足端接触力进行很好的控制，将会使机器人机身所携带电子设备承受很大的冲击而造成损坏，所以要求机器人实时检测足端与地面间的接触力。

通常有两种方法来检测足端与地面间的接触力：第一种方法是在足端加装多维力传感器直接检测足端接触力；第二种方法是在机器人腿部各关节驱动单元的顶端安装一维力传感器，结合静力学来间接求得足端接触力。多维力传感器价格昂贵，容易损坏，而一维力传感器的数据稳定性高、使用寿命长，因此在足式机器人中，多采用第二种方法来间接求解机器人足端与地面间的接触力。

一维力传感器在出厂时就已经完成标定，用户可以直接根据样本中的量程和输出电压，按照二者的线性关系直接确定出标定系数。但是在长时间使用以后，由于摩擦力、预紧力等相关因素的变化，使得一维力传感器的检测值与实际值之间会产生一定的误差，此时需要对一维力传感器进行重新标定。传统标定方法需要将一维力传感器从机器人腿部拆下，但是机器人腿部的大多零件之间是过盈配合，如果频繁拆卸，将会对机器人腿部的装配关系产生破坏，从而影响机器人的运动控制性能，而且不合理的安装过程会对标定系数产生影响，甚至损坏一维力传感器。

综上所述，在足式机器人传感器检测设备技术领域，迫切需要一种能够在不拆卸腿部关节一维力传感器的条件下完成对传感器的重新标定的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种足式机器人腿部一维力传感器标定方法及系统，在不拆卸力传感器的情况下，完成对一维力传感器的重新标定。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种足式机器人腿部一维力传感器标定方法，所述方法包括：

在对足端进行作用力加载并卸载的过程中，利用上位机记录用于加载的二维力传感器检测值、各关节驱动单元的位移传感器检测值和一维力传感器检测值；

将所述位移传感器检测值和所述二维力传感器检测值输入基于腿部机械结构搭建的腿部驱动系统虚拟模型进行仿真，记录所述虚拟模型中各关节驱动单元的一维力传感器模拟检测值；

对于每一关节，将所述一维力传感器检测值和所述一维力传感器模拟检测值均减去足端处于初始位置时的一维力传感器检测值，得到每一关节实际检测值和每一关节模拟检测值，所述初始位置时的一维力传感器检测值为未对足端加载作用力时的一维力传感器检测值；

根据每一所述实际检测值和每一所述模拟检测值间的线性关系，利用最小二乘法解出每一驱动单元的一维力传感器标定曲线；

根据每一驱动单元的所述标定曲线和每一驱动单元原始标定系数得到每一驱动单元修正标定的系数，所述原始标定系数为出厂时的一维力传感器标定系数；