一种适用于腿式机器人的足部触地检测机构制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于腿式机器人的足部触地检测机构，其内螺纹铜柱(5)安装在足支柱(1)的A连杆(1C)上，弹簧(4)套在足支柱(1)的B连杆(1D)上，且位于内螺纹铜柱(5)与固定座(3)之间；A铜柱(6)和B铜柱(7)安装在固定座(3)上，且A铜柱(6)与5V电源正极连接，B铜柱(7)与信号检测IO口连接，固定座(3)安装在连接座(2)的下部；足支柱(1)的B连杆(1D)穿过连接座(2)的A中心通孔后，螺纹连接有螺母(8)。本发明专利技术足部触地检测机构通过A铜柱(6)、B铜柱(7)与内螺纹铜柱(5)的电信号通断来实现接触开关功能，从而实时检测腿式机器人的足部的着地与离地状态。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于腿式机器人的足部触地检测机构
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了提高腿式机器人足底触地状态的灵敏感知，本专利技术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。本专利技术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铜柱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铜柱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螺钉31，所述A螺钉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螺钉32，所述B螺钉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；所述的BC沉头通孔3D用于A螺钉31穿过，穿过BC沉头通孔3D后的A螺钉31的AA螺纹段31A连接在连接座2的AC螺纹盲孔2D1中；所述的BD沉头通孔3E用于B螺钉32穿过，穿过BD沉头通孔3E后的B螺钉32的BB螺纹段32A连接在连接座2的AD螺纹盲孔2D2中；所述的BA螺纹孔3B用于安装A铜柱6；A铜柱6与5V电源正极连接。所述的BB螺纹孔3C用于安装B铜柱7。B铜柱7与信号检测IO口连接。所述内螺纹铜柱5为导电体，所述固定座3为绝缘体。本专利技术的一种适用于腿式机器人的足部触地检测机构的优点在于：①该足部结构简单适用，易于安装。②该足部集机器人足与触地开关设计于一体，无需外购商用开关。③该足部触地开关只有两根引线，减轻腿结构布线设计难度，且引线从结构内部通过，无外露。④该足部内置弹簧，可用于缓冲足末端与地面接触时的冲击，减轻冲击对腿的影响。⑤该足部结构只需通过足部单元的连接座实现与腿直接的固定连接，与腿的集成简单可靠。附图说明图1是本专利技术的适用于腿式机器人的足部触地检测机构的正视结构图。图1A是本专利技术的适用于腿式机器人的足部触地检测机构的A-A剖面结构图。图1B是本专利技术的适用于腿式机器人的足部触地检测机构的外部结构图。图1C是本专利技术的适用于腿式机器人的足部触地检测机构的分解结构图。图2是本专利技术足部触地检测机构中连接座的结构图。图3是本专利技术足部触地检测机构中固定座的结构图。图4是应用本专利技术足部触地检测机构的多足机器人运动控制框图。图4A是应用本专利技术足部触地检测机构实现单腿足部着地的控制流程图。图4B是应用本专利技术足部触地检测机构实现单腿足部离地的控制流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。一般地，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。参见图1、图1A、图1B和图1C所示，本专利技术设计了的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；所述的足部触地检测机构与腿式机器人的连接部位的固定安装是通过连接座2上设置的A支板2A和B支板2B实现的。即采用一螺钉穿过腿式机器人的连接部位的一通孔后，螺纹连接在A支板2A的AA螺纹孔2A1中，采用另一螺钉穿过腿式机器人的连接部位的另一通孔后，螺纹连接要B支板2B的AB螺纹孔2B1中。螺钉与通孔、螺纹孔的装配为常规方式。在本专利技术设计的足部触地检测机构中，内螺纹铜柱5安装在足支柱1的A连杆1C上；弹簧4套在足支柱1的B连杆1D上，且位于内螺纹铜柱5与固定座3之间；A铜柱6和B铜柱7安装在固定座3上；固定座3安装在连接座2的下部；足支柱1的B连杆1D穿过连接座2上的AB通孔2C1后，并在B连杆1D的第二螺纹段1D1上螺纹连接有螺母8。足支柱1：参见图1、图1A、图1B、图1C所示，足支柱1的加工材料一般采用铝合金。足支柱1上设有A连杆1C、B连杆1D和足远端体1B，足支柱1的足远端体1B的底部用于与地面接触，称为足末端1A。A连杆1C上设有第一螺纹段1C1，该第一螺纹段1C1用于连本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；所述的BC沉头通孔(3D)用于A螺纹钉(31)穿过，穿过BC沉头通孔(3D)后的A螺纹钉(31)的AA螺纹段(31A)连接在连接座(2)的AC螺纹盲孔(2D1)中；所述的BD沉头通孔(3E)用于B螺纹钉(32)穿过，穿过BD沉头通孔(3E)后的B螺纹钉(32)的BB螺纹段(32A)连接在连接座(2)的AD螺纹盲孔(2D2)中；所述的BA螺纹孔(3B)用于安装A铜柱6；A铜柱(6)与5V电源正极连接；所述的BB螺纹孔(3C)用于安装B铜柱7；B铜柱7与信号检测IO口连接。...

【技术特征摘要】
1.一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铜柱(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铜柱(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螺钉(31)，所述A螺钉(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螺钉(32)，所述B螺钉(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；所述的BC沉头通孔(3D)用于A螺钉(...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，彭赛金，杨帆，郑羿，尹业成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11