马蹄形足端感知机器人腿部结构及输出力矩检测控制方法技术

本发明专利技术涉及足式机器人技术领域，特别涉及马蹄形足端感知机器人腿部结构及输出力矩检测控制方法，其中马蹄形足端感知机器人腿部结构包括转矩输出装置、大腿、小腿和足端，小腿牵引连杆上设有拉力传感器，足端设有压力传感器。本发明专利技术通过转矩输出装置、大腿、小腿和小腿牵引连杆铰接形成连杆机构控制小腿旋转，进而带动足端起落，与现有技术相比，本发明专利技术通过足端的压力传感器用以检测触地点压力，通过小腿牵引连杆上的拉力传感器检测反馈拉力并反馈至转矩输出装置，转矩输出装置根据触地压力和反馈拉力的造成的转矩差实时控制输出的转矩进行补偿，达到腿部转矩输出恰当，避免了转矩输出过大或过小造成的不稳定现象。输出过大或过小造成的不稳定现象。输出过大或过小造成的不稳定现象。

【技术实现步骤摘要】
马蹄形足端感知机器人腿部结构及输出力矩检测控制方法


[0001]本专利技术涉及足式机器人
，特别涉及马蹄形足端感知机器人腿部结构及输出力矩检测控制方法。

技术介绍

[0002]足式机器人可在非结构化、不平坦地环境如不平的山地、丘陵、沼泽、丛林等复杂地形灵活行走，进而完成特殊工况的应用如地震、核污染、化学污染、野外军事作战等环境下的灾后救援、行军物质运输、高危环境巡逻等工作任务。在行走过程中由于地面崎岖、高低落差等，需要获得四足机器人腿部触地及足端与地面的距离信息以便进行预测控制，使腿部着地更加的平稳准确。
[0003]现有的四足机器人大多如申请号为CN202010831977.3，公开日期为2020年11月10日的中国专利技术专利申请中公开的基于落足调整的四足机器人动步态稳定控制方法及系统，通过建立的四足机器人模型，推导出机器人运动学方程，进而设计机器人初始步态；采集四足机器人的躯干俯仰角度和翻滚角度，从而得到四足机器人的当前躯干姿态；将四足机器人的当前躯干姿态与初始步态进行比较，计算出四足机器人的最佳落足点；根据四足机器人的最佳落足点，保持四足机器人稳定运动；通过调整四足机器人对角腿的落足时间差，实现四足机器人重心位置的调整，进而实现四足机器人重心自平衡。
[0004]虽然现有技术中公开了一些可控制自身稳定性的四足机器人的结构，但是现有的机器人均存在腿部结构的稳定性低、抗缓冲能力差的问题无法解决。

技术实现思路

[0005]为解决如上所述现有四足机器人中存在的腿部结构稳定性差的问题，本专利技术提供了一种马蹄形足端感知机器人腿部结构，包括转矩输出装置、大腿、小腿和足端；所述大腿与所述转矩输出装置相固连；所述小腿与所述大腿的一端相铰接，所述小腿的一端通过小腿牵引连杆与所述转矩输出装置相连接，所述小腿的另一端与所述足端相连接；所述小腿牵引连杆上设有用于检测所受拉力的拉力传感器，所述足端设有用于检测所受压力的压力传感器，所述压力传感器和所述拉力传感器均与所述转矩输出装置电连接。
[0006]进一步地，所述转矩输出装置包括力矩电机和小腿运动凸盘，所述力矩电机的机体与所述大腿相固连；所述小腿运动凸盘的一端与所述力矩电机的转轴相固连，所述小腿运动凸盘的另一端与所述小腿牵引连杆的一端相铰接。
[0007]进一步地，所述大腿包括第一侧板、第二侧板、第一连接件和第二连接件，所述力矩电机的两侧分别与所述第一侧板和第二侧板相固连，所述第一连接件和所述第二连接件用于连接所述第一侧板和第二侧板。
[0008]进一步地，所述小腿牵引连杆还包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端通过所述拉力传感器与所述第二连杆的一端相连接；所述第一连杆的另一端与所述小腿运动凸盘相铰接，所述第二连杆的另一端与所述小腿的一端相铰接。
[0009]进一步地，所述小腿包括小腿旋转连接杆、小腿连接杆和足端连接件，所述小腿旋转连接杆的一端与所述第二连杆的下端相铰接，所述小腿旋转连接杆的另一端通过所述小腿连接杆与所述足端连接件相固连；所述小腿旋转连接杆与所述大腿的下端相铰接，铰接点位于所述小腿旋转连接杆的两端之间；所述足端连接件的下端与所述足端相连接。
[0010]进一步地，所述足端连接件下端的轴线与所述小腿主体轴线夹角为30
°‑
70
°
；所述足端连接件与所述足端之间设有用于缓减振动的减震器。
[0011]进一步地，所述足端还包括足体和弹性结构，所述足体的顶部与所述小腿相连接，所述足体的底部轮廓呈近似椭圆状的仿马蹄形结构；所述弹性结构包覆于所述足体的底部，所述弹性结构的外部形状与所述足体的底部形状相匹配；所述压力传感器为设于所述足体与所述弹性结构之间的条形薄膜状压力传感器。
[0012]进一步地，所述足体底部设有距离传感器，所述距离传感器用于检测所述足端和落足点之间的距离。
[0013]本专利技术还提供一种马蹄形足端感知机器人腿部输出力矩检测控制方法，采用如上任一项所述的马蹄形足端感知机器人腿部结构，方法包括：
[0014]根据压力传感器测得的压力F
压
计算足端产生的转矩M
压
；
[0015]根据拉力传感器测得的拉力F
拉
计算足端反馈的转矩M
拉
；
[0016]力矩输出装置根据所述足端产生的转矩M
压
和所述足端反馈的转矩M
拉
之差进行力矩补偿输出，M
输出
＝M
拉
+ΔM，其中ΔM＝(M
压
‑
M
拉
)/2。
[0017]本专利技术还提供一种马蹄形足端感知机器人，采用如上任一项所述的马蹄形足端感知机器人腿部结构和/或马蹄形足端感知机器人腿部输出力矩检测控制方法。
[0018]本专利技术提供的一种马蹄形足端感知机器人腿部结构通过转矩输出装置、大腿、小腿和小腿牵引连杆铰接形成连杆机构控制小腿旋转，进而带动足端起落。与现有技术相比，本专利技术通过足端的压力传感器用以检测触地点压力，通过小腿牵引连杆上的拉力传感器检测反馈拉力并反馈至转矩输出装置，转矩输出装置根据触地压力和反馈拉力的造成的转矩差实时控制输出的转矩进行补偿，达到腿部转矩输出恰当，避免了转矩输出过大或过小造成的不稳定现象。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术提供的马蹄形足端感知机器人腿部结构立体图；
[0021]图2为本专利技术提供的马蹄形足端感知机器人腿部结构主视图；
[0022]图3为本专利技术提供的马蹄形足端感知机器人腿部结构侧视图；
[0023]图4为本实施例提供的足端结构示意图；
[0024]图5为本实施例力的作用示意图。
[0025]附图标记：
[0026]10转矩输出装置
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11力矩电机
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12小腿运动凸盘
[0027]20大腿
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21第一侧板
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22第二侧板
[0028]23第一连接件
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24第二连接件
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30小腿
[0029]31小腿旋转连接杆
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32小腿连接杆
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33足端连接件
[0030]40足端
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41压力传感器
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42足体
[0031]43弹性结构
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.马蹄形足端感知机器人腿部结构，其特征在于：包括转矩输出装置(10)、大腿(20)、小腿(30)和足端(40)；所述大腿(20)与所述转矩输出装置(10)相固连；所述小腿(30)与所述大腿(20)的一端相铰接，所述小腿(30)的一端通过小腿牵引连杆(50)与所述转矩输出装置(10)相连接，所述小腿(30)的另一端与所述足端(40)相连接；所述小腿牵引连杆(50)上设有用于检测所受拉力的拉力传感器(51)，所述足端(40)设有用于检测所受压力的压力传感器(41)，所述压力传感器(41)和所述拉力传感器(51)均与所述转矩输出装置(10)电连接。2.根据权利要求1所述的马蹄形足端感知机器人腿部结构，其特征在于：所述转矩输出装置(10)包括力矩电机(11)和小腿运动凸盘(12)，所述力矩电机(11)的机体与所述大腿(20)相固连；所述小腿运动凸盘(12)的一端与所述力矩电机(11)的转轴相固连，所述小腿运动凸盘(12)的另一端与所述小腿牵引连杆(50)的一端相铰接。3.根据权利要求2所述的马蹄形足端感知机器人腿部结构，其特征在于：所述大腿(20)包括第一侧板(21)、第二侧板(22)、第一连接件(23)和第二连接件(24)，所述力矩电机(11)的两侧分别与所述第一侧板(21)和第二侧板(22)相固连，所述第一连接件(23)和所述第二连接件(24)用于连接所述第一侧板(21)和第二侧板(22)。4.根据权利要求2所述的马蹄形足端感知机器人腿部结构，其特征在于：所述小腿牵引连杆(50)还包括第一连杆(52)和第二连杆(53)，所述第一连杆(52)的一端通过所述拉力传感器(51)与所述第二连杆(53)的一端相连接；所述第一连杆(52)的另一端与所述小腿运动凸盘(12)相铰接，所述第二连杆(53)的另一端与所述小腿(30)的一端相铰接。5.根据权利要求4所述的马蹄形足端感知机器人腿部结构，其特征在于：所述小腿(30)包括小腿旋转连接杆(31)、小腿连接杆(32)和足端连接件(33)，所述小腿旋转连接杆(31)的一端与所述第二连杆(53)的下端相铰接，所述小腿旋转连接杆(31)的另一端通过所述小腿连接杆(32)与所述足端连接件(33)相固连；所述小腿旋转连接杆(31)与所述大腿(20)的下端相铰接，铰接点位于所述小腿旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈先益，彭侠夫，李兆路，李子航，范德阳，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：