本发明专利技术提供了一种多功能足端，属于机器人领域，主要解决足式机器人地形坡度估计和足端状态判别的问题。本发明专利技术将机器人地形估计、足端触地检测和足端滑动检测功能集成于一体，利用气囊压缩气体压力变化原理进行机器人触地检测，利用惯性测量单元进行地形坡度估计和足端滑动检测，并进行了集成处理。该发明专利技术具有结构简单、检测方便、可靠性高、成本低的优点，提高了机器人地形坡度估计和足端状态检测的准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种多功能足端
本专利技术涉及一种多功能足端，具体涉及机器人足端触地检测、滑动检测和地形坡度估计，属于机器人领域。
技术介绍
足式机器人在运行过程中，地形坡度影响机器人足端轨迹的规划，同时，足端是否触地，以及足端触地后是否存在打滑等状态直接决定着机器人控制指令的生成，进而影响机器人的运行稳定性。由于机器人机身的俯仰和横滚运动，无法利用机身姿态传感器进行地形坡度估计，且足端触地多通过足端三维力传感器进行检测，成本较高，且由于力传感器量程较大，在足端触地力较小时存在检测可靠性低的问题；同时，该方法无法判别足端是否存在滑动状态，增加了机器人的控制难度，降低了机器人的静动态性能。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有足式机器人无法估计地形坡度，且足端状态判别难度大、成本高、可靠性低的问题，提供了一种多功能足端。本专利技术所述一种多功能足端，它包括EtherCAT总线接口电路（101）、CAN总线接口电路（102）、串口接口电路（103）、微控制器（104）、足端惯性测量单元（105）、末端连杆惯性测量单元（106）、气体压力传感器（107）、磁电编码器（108）、末端连杆电路板（201）、万向联轴节（203）、足端连接件（204）、交叉滚子轴承（205）、足端本体（206）、气囊（207）、足底胶垫（208）、足底电路板（209）所述末端连杆电路板（201）上集成EtherCAT总线接口电路（101）、CAN总线接口电路（102）、串口接口电路（103）、微控制器（104）、末端连杆惯性测量单元（106）。末端连杆电路板（201）通过螺钉（210）与末端连杆（202）连接，所述末端连杆（202）通过万向联轴节（203）与足端连接件（204）连接，所述足端连接件（204）通过第二螺钉（302）、第三螺钉（303）、第五螺钉（305）、第七螺钉（307）与交叉滚子轴承（205）内圈连接，所述交叉滚子轴承（205）外圈通过第一螺钉（301）、第四螺钉（304）、第六螺钉（306）、第八螺钉（308）与足端本体（206）连接，所述足端本体（206）通过第九螺钉（401）、第十螺钉（402）、第十一螺钉（403）、第十二螺钉（404）、第十三螺钉（405）、第十四螺钉（406）、第十五螺钉（407）、第十六螺钉（408）、第十七螺钉（409）、第十八螺钉（410）、第十九螺钉（501）、第二十螺钉（502）、第二十一螺钉（503）、第二十二螺钉（504）、第二十三螺钉（505）、第二十四螺钉（506）、第二十五螺钉（507）、第二十六螺钉（508）、第二十七螺钉（509）、第二十八螺钉（510）、第二十九螺钉（601）、第三十螺钉（602）、第三十一螺钉（603）、第三十二螺钉（604）、第三十三螺钉（605）、第三十四螺钉（606）、第三十五螺钉（701）、第三十六螺钉（702）、第三十七螺钉（703）、第三十八螺钉（704）、第三十九螺钉（705）、第四十螺钉（706）、第四十一螺钉（801）、第四十二螺钉（802）、第四十三螺钉（803）、第四十四螺钉（804）、第四十五螺钉（805）、第四十六螺钉（806）、第四十七螺钉（807）、第四十八螺钉（808）、第四十九螺钉（809）、第五十螺钉（810）与足底胶垫（208）连接。所述足底电路板（209）上集成有足端惯性测量单元（105）和磁电编码器（108），通过螺钉（211）、螺钉（212）、螺钉（213）、螺钉（214）与足端连接件（204）连接。足端惯性测量单元（105）和磁电编码器（108）输出口通过导线与微控制器（104）输入口连接。所属气囊（207）外壁一侧与足端本体（206）半圆形沟槽连接，另一侧与足底胶垫（208）半圆形沟槽连接，所属气囊（207）与气体压力传感器（107）连接，所述气体压力传感器（107）输出口通过导线与微控制器（104）输入口连接。所述足端本体（206）和足底胶垫（208）均开设半圆形沟槽，且足端本体（206）和足底胶垫（208）配合后形成圆形孔道，便于气囊（207）固定，且在足端受力较大时，避免气囊（207）承受较大力。所述末端连杆惯性测量单元（106）用于测量末端连杆（202）相对于惯性坐标系的角度。所述足端惯性测量单元（105）用于测量足端本体（206）相对于惯性坐标系的角度信息和滑动信息，通过与末端连杆惯性测量单元（106）输出角度信息进行比较，确定二者角度差。所述磁电编码器（108）为绝对式磁电编码器，用于测量足端连接件（204）与足端本体（206）间的相对角度。所述气囊（207）内充的气体为惰性气体。所述气体压力传感器（107）为数字式压力传感器。所述微控制器（104）为浮点型DSP，所述的惯性测量单元能够检测笛卡尔坐标系下的三轴角速度、三轴加速度信息。本专利技术的优点：本专利技术将机器人地形坡度估计、足端触地检测和足端滑动检测功能集成于一体，利用气囊压缩气体压力变化原理进行机器人触地检测，利用惯性测量单元进行足端滑动检测和地形坡度估计，具有简单、方便、可靠性高、成本低的优点，提高了机器人足端状态检测的准确性。本专利技术结构设计合理，体积小、成本低、检测可靠性高，便于地形坡度和机器人足端状态的判别。附图说明图1多功能足端电气结构框图；图2多功能足端主视图；图3B向局部视图；图4C向局部视图；图5A-A断面图；图6D向局部视图；图7E向局部视图；图8F向局部视图；图9G向局部视图；图10H向局部视图；图11I向局部视图。具体实施方式具体实施方式：下面结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11说明多功能足端原理。本专利技术所述一种多功能足端，它包括EtherCAT总线接口电路（101）、CAN总线接口电路（102）、串口接口电路（103）、微控制器（104）、足端惯性测量单元（105）、末端连杆惯性测量单元（106）、气体压力传感器（107）、磁电编码器（108）、末端连杆电路板（201）、万向联轴节（203）、足端连接件（204）、交叉滚子轴承（205）、足端本体（206）、气囊（207）、足底胶垫（208）、足底电路板（209）所述末端连杆电路板（201）上集成EtherCAT总线接口电路（101）、CAN总线接口电路（102）、串口接口电路（103）、微控制器（104）、末端连杆惯性测量单元（106）。末端连杆电路板（201）通过螺钉（210）与末端连杆（202）连接，所述末端连杆（202）通过万向联轴节（203）与足端连接件（204）连接，所述足端连接件（204）通过第二螺钉（302）、第三螺钉（303）、第五螺钉（305）、第七螺钉（307）与交叉滚子轴承（205）内圈连接，所述交叉滚子轴承（205）外圈通过第一螺钉（301）、第四螺钉（304）、第六螺钉（306）、第八螺钉（308）与足端本体（20本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多功能足端其特征在于，它包括EtherCAT 总线接口电路（101）、CAN总线接口电路（102）、串口接口电路（103）、微控制器（104）、足端惯性测量单元（105）、末端连杆惯性测量单元（106）、气体压力传感器（107）、磁电编码器（108）、末端连杆电路板（201）、万向联轴节（203）、足端连接件（204）、交叉滚子轴承（205）、足端本体（206）、气囊（207）、足底胶垫（208）、足底电路板（209）；/n所述末端连杆电路板（201）上集成EtherCAT 总线接口电路（101）、CAN总线接口电路（102）、串口接口电路（103）、微控制器（104）、末端连杆惯性测量单元（106）；末端连杆电路板（201）通过螺钉（210）与末端连杆（202）连接，所述末端连杆（202）通过万向联轴节（203）与足端连接件（204）连接，所述足端连接件（204）通过第二螺钉（302）、第三螺钉（303）、第五螺钉（305）、第七螺钉（307）与交叉滚子轴承（205）内圈连接，所述交叉滚子轴承（205）外圈通过第一螺钉（301）、第四螺钉（304）、第六螺钉（306）、第八螺钉（308）与足端本体（206）连接，所述足端本体（206）通过第九螺钉（401）、第十螺钉（402）、第十一螺钉（403）、第十二螺钉（404）、第十三螺钉（405）、第十四螺钉（406）、第十五螺钉（407）、第十六螺钉（408）、第十七螺钉（409）、第十八螺钉（410）、第十九螺钉（501）、第二十螺钉（502）、第二十一螺钉（503）、第二十二螺钉（504）、第二十三螺钉（505）、第二十四螺钉（506）、第二十五螺钉（507）、第二十六螺钉（508）、第二十七螺钉（509）、第二十八螺钉（510）、第二十九螺钉（601）、第三十螺钉（602）、第三十一螺钉（603）、第三十二螺钉（604）、第三十三螺钉（605）、第三十四螺钉（606）、第三十五螺钉（701）、第三十六螺钉（702）、第三十七螺钉（703）、第三十八螺钉（704）、第三十九螺钉（705）、第四十螺钉（706）、第四十一螺钉（801）、第四十二螺钉（802）、第四十三螺钉（803）、第四十四螺钉（804）、第四十五螺钉（805）、第四十六螺钉（806）、第四十七螺钉（807）、第四十八螺钉（808）、第四十九螺钉（809）、第五十螺钉（810）与足底胶垫（208）连接；/n所述足底电路板（209）上集成有足端惯性测量单元（105）和磁电编码器（108），通过螺钉（211）、螺钉（212）、螺钉（213）、螺钉（214）与足端连接件（204）连接；足端惯性测量单元（105）和磁电编码器（108）输出口通过导线与微控制器（104）输入口连接；/n所属气囊（207）外壁一侧与足端本体（206）半圆形沟槽连接，另一侧与足底胶垫（208）半圆形沟槽连接，所属气囊（207）与气体压力传感器（107）连接，所述气体压力传感器（107）输出口通过导线与微控制器（104）输入口连接；/n所述足端本体（206）和足底胶垫（208）均开设半圆形沟槽，且足端本体（206）和足底胶垫（208）配合后形成圆形孔道，便于气囊（207）固定，且在足端受力较大时，避免气囊（207）承受较大力；/n所述末端连杆惯性测量单元（106）用于测量末端连杆（202）相对于惯性坐标系的角度；/n所述足端惯性测量单元（105）用于测量足端本体（206）相对于惯性坐标系的角度信息和滑动信息，通过与末端连杆惯性测量单元（106）输出角度信息进行比较，确定二者角度差；/n所述磁电编码器（108）为绝对式磁电编码器，用于测量足端连接件（204）与足端本体（206）间的相对角度；/n所述气囊（207）内充的气体为惰性气体；/n所述气体压力传感器（107）为数字式压力传感器；/n所述微控制器（104）为浮点型DSP，所述的惯性测量单元能够检测笛卡尔坐标系下的三轴角速度、三轴加速度信息。/n...
【技术特征摘要】
1.一种多功能足端其特征在于，它包括EtherCAT总线接口电路（101）、CAN总线接口电路（102）、串口接口电路（103）、微控制器（104）、足端惯性测量单元（105）、末端连杆惯性测量单元（106）、气体压力传感器（107）、磁电编码器（108）、末端连杆电路板（201）、万向联轴节（203）、足端连接件（204）、交叉滚子轴承（205）、足端本体（206）、气囊（207）、足底胶垫（208）、足底电路板（209）；
所述末端连杆电路板（201）上集成EtherCAT总线接口电路（101）、CAN总线接口电路（102）、串口接口电路（103）、微控制器（104）、末端连杆惯性测量单元（106）；末端连杆电路板（201）通过螺钉（210）与末端连杆（202）连接，所述末端连杆（202）通过万向联轴节（203）与足端连接件（204）连接，所述足端连接件（204）通过第二螺钉（302）、第三螺钉（303）、第五螺钉（305）、第七螺钉（307）与交叉滚子轴承（205）内圈连接，所述交叉滚子轴承（205）外圈通过第一螺钉（301）、第四螺钉（304）、第六螺钉（306）、第八螺钉（308）与足端本体（206）连接，所述足端本体（206）通过第九螺钉（401）、第十螺钉（402）、第十一螺钉（403）、第十二螺钉（404）、第十三螺钉（405）、第十四螺钉（406）、第十五螺钉（407）、第十六螺钉（408）、第十七螺钉（409）、第十八螺钉（410）、第十九螺钉（501）、第二十螺钉（502）、第二十一螺钉（503）、第二十二螺钉（504）、第二十三螺钉（505）、第二十四螺钉（506）、第二十五螺钉（507）、第二十六螺钉（508）、第二十七螺钉（509）、第二十八螺钉（510）、第二十九螺钉（601）、第三十螺钉（602）、第三十一螺钉（603）、第三十二螺钉（604）、第三十三螺钉（605）、第三十四螺钉（606）、第三十五螺钉（701）、第三十六螺钉（702）、第三十七螺钉（703）、第三十八螺钉（704）、第三十九螺钉（705）、第四十螺钉（706）、第四十一螺钉（801）、第四十二螺钉（802）、第四十三螺钉（803）、第四十四螺钉（804）、第四十五螺钉（805）、第四十六螺钉（806）、第四十七螺钉（807）、第四十八螺钉（808）、第四十九螺钉（809）、第五十螺钉（810）与足底胶垫（208）连接；
所述足底电路板（209）上集成有足端惯性测量单元（105）和磁电编码...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙桂涛，司俊山，张强，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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