一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统技术方案

本发明专利技术公开一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统，包括柔性足部以及接触检测机构。柔性足部顶端用来连接机器人小腿；下方为柔性关节部分。柔性关节部分下端为着地端；且柔性关节分为内侧部分与外侧部分；外侧部分上部为薄壁；外侧部分上设计有动触点；内侧部分上安装有微动开关；微动开关与动触点共同构成接触检测机构。在外侧部分着地端受力时，外侧部分向内侧部分靠近，动触点按下微动开关的触点，此时即可检测到柔性足部与地面接触。在外侧部分着地端不受力时，动触点与微动开关触点接触但不受力，此时检测到柔性足部与地面未接触。本发明专利技术的优点为：可靠性高，灵敏度好，且结构紧凑，体积小，重量轻。

【技术实现步骤摘要】
一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统。
技术介绍
多足步行机器人在运动过程中不需要连续的支撑面，因此较轮式及履带式机器人具有更好的环境适应性和运动灵活性。在实际应用中，多足步行机器人工作的环境极为复杂，为了实现机器人对其自身的姿态实时估计，对步态的在线规划，需要机器人实时获取足与地面的接触信息。传统的步行机器人足端多采用平板或球型结构足端。如：申请号为201310043348.4的专利技术专利《一种基于模块化阵列传感器的仿人机器人足部结构》与申请号为201110451677.3的专利技术专利《一种多足步行机器人脚》专利中提到的足端系统设计。平板式结构的足部系统与地面具有较大的接触面积，可有效提高机器人的稳定性，常用于双足机器人，但是其具有结构复杂，着地检测不准确，行走过程中易被绊倒等缺点。球形结构的足部系统广泛应用于多足步行机器人中，其中负责足与地面接触检测的机构一般由弹簧连接的动子和定子组成，检测的原理为通过弹簧的变形量来反映足与地面的接触情况。球形结构的足部系统结构简单，应用范围广，但是具有弹簧刚度选择困难，精度低，可靠性不高，减震性能差等缺点。实时的机器人足与地面接触状况检测是实现多足步行机器人在复杂环境中行走的关键，但是现有的机器人足部结构还不能满足实际应用的需求，因此设计一种可靠的多足步行机器人足端系统具有重要的意义，需要进一步的研究。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术基于柔性结构，对多足步行机器人足部系统进行整体设计，目的在于提供一种可检测足与地面接触情况的多足机器人足部系统，具有体积小，功能稳定，适应工作环境广泛，使用寿命长等特点。本专利技术可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统，包括柔性足部以及接触检测机构。所述柔性足部包括小腿连接部分、柔性关节部分；其中，小腿连接部分用来实现柔性足部与机器人小腿间的连接。柔性关节部分顶端与小腿连接部分相接，下端为着地端；且柔性关节分为内侧部分与外侧部分；外侧部分上部为薄壁；外侧部分上设计有动触点；内侧部分上安装有微动开关；微动开关与动触点共同构成接触检测机构；，在着地端受力时，外侧部分向内侧部分靠近，动触点按下微动开关的触点，此时即可检测到柔性足部与地面接触。在外侧部分着地端不受力时，动触点与微动开关触点接触但不受力，此时检测到柔性足部与地面未接触。本专利技术的优点为：1、本专利技术基于柔性机构的设计方法，对机器人足端结构进行整体设计，因此所设计的足端具有结构紧凑，体积小，重量轻的优点。2、本专利技术中足与地面的接触检测的方法具有可靠性高，灵敏度好的优点。3、本专利技术中机器人足端外部包裹有保护套，较一般的机器人足端具有更广泛的工作环境，更加经久耐用。附图说明图1为本专利技术多足机器人柔性足部系统整体结构示意图；图2为本专利技术多足机器人柔性足部系统整体结构侧视图；图3为本专利技术多足机器人柔性足部系统整体结构侧视剖视图。图中：1-柔性足部2-接触检测机构3-限位机构101-小腿连接部分102-柔性关节部分101a-凸台定位面101b-突起部分102a-圆形开孔102b-曲线缝隙102c-内侧部分102d-外侧部分102e-薄壁结构201-动触点202-微动开关203-微动开关触点301-限位块A302-限位块B具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术多足机器人柔性足部系统，包括柔性足部1以及柔性足部1上安装的接触检测机构2与限位机构3。所述柔性足部1采用3D打印整体成型，包括小腿连接部分101、柔性关节部分102。其中，小腿连接部分101用来实现本专利技术多足机器人柔性足部系统与机器人小腿间的连接，适用于与不同机器人小腿间的连接。小腿连接部分101内侧与外侧具有凸台定位面101a，中部上端具有突起部分101b，突起部分101b上沿左右方向开有安装螺孔。由此，在小腿连接部分101与机器人小腿连接时，可通过内侧与外侧的凸台定位面101a分别与机器人小腿的连接端内外两侧面端部贴合，实现小腿连接部分101与机器人小腿间的定位；此时突起部分101b位于机器人小腿连接端内外两侧面之间，通过螺钉穿过机器人小腿的连接端内外侧面上设计的螺孔，以及突起部分101b上的安装螺孔并拧紧，实现小腿连接部分101与机器人小腿间的连接固定，进而实现柔性足部1整体与机器人小腿间的连接固定。通过上述结构，可实现柔性足部1与机器人小腿间的快速更换和安装。小腿连接部分101下端为条状柔性关节部分102，整体具有向机器人腿部内侧弯曲的弧形结构。柔性关节部分102一端与小腿连接部分101下端相接，另一端为圆弧型，作为柔性足部1的着地端。本专利技术中柔性关节部分102的上部设计有贯通柔性关节部分102前后侧壁的圆形开孔102a，同时柔性关节部分102上还具有样条形曲线缝隙102b，且样条型曲线缝隙102b贯通柔性关节部分102前后侧壁，一端与圆形开孔102a相接，另一端由柔性关节部分102内侧壁下部连通。由此通过样条型曲线缝隙102b将柔性关节部分102分割为内侧部分102c与外侧部分102d，内侧部分102c为柔性关节部分102内侧面与样条型曲线缝隙102b之间的部分，外侧部分102d为柔性关节部分102外侧面与样条型曲线缝隙102b之间的部分。通过上述结构使柔性关节部分102在圆形开孔102a处形成薄壁特征，即柔性关节部分102的外侧壁在圆形开孔102a处形成薄壁结构102e。由此，在柔性关节部分着地端受力后，圆形开孔102a处的薄壁外侧壁产生形变，使柔性关节部分102的外侧部分102d绕圆形开孔102a做近似旋转运动，形成柔性铰链。上述柔性关节部分102中内侧部分102c内部开有空腔，用来为接触检测机构2中的微动开关202提供安装空间，且在内侧部分102c前后侧面上开有安装孔，用来实现微动开关202与内侧部分102c间的固定；同时在外侧部分102d中部沿柔性关节部分102前后方向设计有圆柱面的条形动触点201。所述接触检测装置包括柔性关节部分102上的动触点201，以及微动开关202。其中，微动开关202广泛应用于汽车，军工，家电等行业中，种类繁多，内部结构有成百上千种。考虑到使本专利技术多足机器人柔性足部系统结构紧凑，体积小，采用体积小，重量轻，可靠性强的鼠标型微动开关作为检测元件。微动开关202设置在柔性足部1中内侧部分102c的空腔内，通过螺钉穿过内侧部分102c上的安装孔与微动开关202上的安装孔实现微动开关202与内侧部分102c间的固定。在微动开关202固定后，需保证微动开关202的触点和柔性足部1中外侧部分102d上的动触点201处于接触但不受力状态；微动开关202与足地接触检测电路相连，当微动开关202接通时，由微动开关202向足地接触检测电路发送导通信号。由此，当柔性足部1着地时，柔性足部1中外侧部分102d受力，向内侧旋转，导致外侧部分102d与内侧部分102c之间的样条型曲线缝隙102b间距减小，使得外侧部分102d上的动触点201将微动开关触点203按下，接通微动开关202，此时即可检测到柔性足部1与地面接触。当外侧部分102d受力继续加大时，使外侧部分102d与内侧部分102c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统，其特征在于：包括柔性足部以及接触检测机构；所述柔性足部包括小腿连接部分、柔性关节部分；其中，小腿连接部分用来实现柔性足部与机器人小腿间的连接；柔性关节部分顶端与小腿连接部分相接，下端为着地端；且柔性关节分为内侧部分与外侧部分；外侧部分上部为薄壁；外侧部分上设计有动触点；内侧部分上安装有微动开关；微动开关与动触点共同构成接触检测机构；，在外侧部分着地端受力时，外侧部分向内侧部分靠近；动触点按下微动开关的触点；在外侧部分着地端受力时，动触点与微动开关触点接触但不受力。

【技术特征摘要】
1.一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统，其特征在于：包括柔性足部以及接触检测机构；所述柔性足部包括小腿连接部分、柔性关节部分；其中，小腿连接部分用来实现柔性足部与机器人小腿间的连接；柔性关节部分顶端与小腿连接部分相接，下端为着地端；且柔性关节分为内侧部分与外侧部分；外侧部分上部为薄壁；外侧部分上设计有动触点；内侧部分上安装有微动开关；微动开关与动触点共同构成接触检测机构，在外侧部分着地端受力时，外侧部分向内侧部分靠近；动触点按下微动开关的触点；在外侧部分着地端不受力时，动触点与微动开关触点接触但不受力；还包括限位机构；限位机构由两个限位块构成；两个限位块分别安装在外侧部分与内侧部分上，限位块其中一个限位块具有限位端，另一限位块具有限位台肩，限位端与限位台肩配合实现外侧部分与内侧部分间的限位。2.如权利要求1所述一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统，其特征在于：所述小腿连接部分内侧与外侧具有凸台定位面，用于机器人小腿的定位；小腿连接部分中部具有突起部分，突起部分上沿左右方向开有安装螺孔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，杨帆，尹业成，彭赛金，
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