專利名稱：六足機器人腿部全方位力感知系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種六足機器人腿部的力感知系統。
背景技術：
仿生六足機器人是在復雜的自然地形中最容易實現穩定行走的機械裝置之一，其外形模仿節肢動物。六足機器人多工作于非結構化、不確定的環境中，因此通過穩定的感知系統準確、實時地獲取外界和自身狀態信息尤為重要，而外界對其的作用力及自身的關節力矩信息正是這其中最重要的信息之一。現有的六足機器人腿部系統不具備全方位的力感知功能，不能夠保證感知腿部任意方向和任意位置受到的外界作用力，而且用于六足機器人的力傳感器為獨立元件，沒有融合于腿部的結構，所以普遍存在體積大、不易安裝和靈活性差的問題，限制了腿部結構的設計，現有的傳感器彈性體與機器人系統以螺栓螺母形式相連接時，螺栓螺母的松緊程度對彈性體會產生較大的影響，直接影響到傳感器的測量精度。
發明內容
本發明為解決現有的用于六足機器人的力傳感器無法感知機器人腿部任意方向和任意位置的受力情況，而且力傳感器體積大、不易安裝、靈活性差、無法融合與機器人腿部的結構以及測量精度低的問題，進而提供一種六足機器人腿部全方位力感知系統。本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是:六足機器人腿部全方位力感知系統包括三維力傳感器、數據采集模塊、信息處理模塊和兩個關節一維力矩傳感器，三維力傳感器包括第一彈性體、第二彈性體、第三彈性體、兩個軸向力應變片、兩個橫向力應變片和兩個縱向力應變片，第一彈性體、第二彈性體和第三彈性體沿各自長度方向依次固接為一體，第一彈性體的側壁上加工有貼片孔，貼片孔內設置有兩個軸向力應變片，兩個軸向力應變片之間通過導線連接，第二彈性體上相對的兩個側壁上分別設置有一個橫向力應變片，兩個橫向力應變片之間通過導線連接，第三彈性體上相對的兩個側壁上分別設置有一個縱向力應變片，兩個縱向力應變片之間通過導線連接；每個關節一維力矩傳感器包括圓柱形關節、彈性體橫梁、連接法蘭和兩個關節應變片，彈性體橫梁固接在圓柱形關節外壁的中部，且圓柱形關節的中心軸線方向垂直于彈性體橫梁的端面設置，彈性體橫梁的底面垂直固接在連接法蘭的端面上，兩個關節應變片分別固接在彈性體橫梁底面的兩端處，兩個關節應變片之間通過導線連接；三維力傳感器的上端固接有普通關節，三維力傳感器的側壁上安裝有數據采集模塊，兩個關節一維力矩傳感器之間通過連接件連接，其中一個關節一維力矩傳感器的一端通過支架與普通關節連接，支架上設置有信息處理模塊，三維力傳感器與數據采集模塊之間通過導線連接，數據采集模塊和信息處理模塊之間通過導線連接。本發明與現有技術相比具有以下有益效果:本發明的三維力傳感器上設置有兩個軸向力應變片，兩個橫向力應變片和兩個縱向力應變片，關節一維力矩傳感器上設置有兩個關節應變片，能夠感知腿部任意方向和任意位置受到的外力，三維力傳感器和關節一維力矩傳感器完全融合于腿部結構，從而提高腿部設計的靈活性，實現其小型化和高度集成化，并且盡量減少螺釘式的連接來提高測量精度。
圖1是本發明的三維力傳感器的主視圖，圖2是圖1的左視圖，圖3是本發明的三維力傳感器的立體圖，圖4是本發明的關節一維力矩傳感器的主視立體圖，圖5是本發明的關節一維力矩傳感器的仰視立體圖，圖6是本發明的總裝立體圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:結合圖1 圖6說明，本實施方式的六足機器人腿部全方位力感知系統包括三維力傳感器1、數據采集模塊3、信息處理模塊4和兩個關節一維力矩傳感器2，三維力傳感器I包括第一彈性體1-1、第二彈性體1-2、第三彈性體1-3、兩個軸向力應變片1-4、兩個橫向力應變片1-5和兩個縱向力應變片1-6，第一彈性體1-1、第二彈性體1-2和第三彈性體1-3沿各自長度方向依次固接為一體，第一彈性體1-1的側壁上加工有貼片孔1-1-1，貼片孔1-1-1內設置有兩個軸向力應變片1-4，兩個軸向力應變片1-4之間通過導線連接，第二彈性體1-2上相對的兩個側壁上分別設置有一個橫向力應變片1-5，兩個橫向力應變片1-5之間通過導線連接，第三彈性體1-3上相對的兩個側壁上分別設置有一個縱向力應變片1-6，兩個縱向力應變片1-6之間通過導線連接；每個關節一維力矩傳感器2包括圓柱形關節2-1、彈性體橫梁2-2、連接法蘭2-3和兩個關節應變片2-4，彈性體橫梁2-2固接在圓柱形關節2-1外壁的中部，且圓柱形關節2-1的中心軸線方向垂直于彈性體橫梁2-2的端面設置，彈性體橫梁2-2的底面垂直固接在連接法蘭2-3的端面上，兩個關節應變片2-4分別固接在彈性體橫梁2-2底面的兩端處，兩個關節應變片2-4之間通過導線連接；三維力傳感器I的上端固接有普通關節6，三維力傳感器I的側壁上安裝有數據采集模塊3，兩個關節一維力矩傳感器2之間通過連接件5連接，其中一個關節一維力矩傳感器2的一端通過支架7與普通關節6連接，支架4上設置有信息處理模塊4，三維力傳感器I與數據采集模塊3之間通過導線連接，數據采集模塊3和信息處理模塊4之間通過導線連接。
具體實施方式
二:結合圖6說明，本實施方式的三維力傳感器I的上端外壁套裝有減震彈簧7。如此設置，可減輕三維力傳感器I在工作時所受到的沖擊，可延長三維力傳感器I的使用壽命。其他組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:結合圖1 圖6說明，本實施方式的兩個軸向力應變片1-4，兩個橫向力應變片1-5、兩個縱向力應變片1-6和兩個關節應變片2-4均為電阻應變片。其他組成和連接關系與具體實施方式
一或二相同。工作原理:當三維力傳感器I和關節一維力矩傳感器2受到力時，會發生相應的應變，從而使兩個軸向力應變片1-4,兩個橫向力應變片1-5、兩個縱向力應變片1-6和關節應變片2-4同時發生相應阻值的變化，并將變化信號傳遞給數據采集模塊3，數據采集模塊3將發生阻值變化后產生的電壓變化值傳遞給信息處理模塊4進行分析處理，并得出相應的力學數據。
權利要求
1.一種六足機器人腿部全方位力感知系統，其特征在于:所述力感知系統包括三維力傳感器(I)、數據采集模塊(3)、信息處理模塊(4)和兩個關節一維力矩傳感器(2)，三維力傳感器(I)包括第一彈性體(1-1)、第二彈性體(1-2)、第三彈性體(1-3)、兩個軸向力應變片(1-4)、兩個橫向力應變片(1-5)和兩個縱向力應變片(1-6)，第一彈性體(1-1)、第二彈性體(1-2)和第三彈性體(1-3)沿各自長度方向依次固接為一體，第一彈性體(1-1)的側壁上加工有貼片孔(1-1-1)，貼片孔(1-1-1)內設置有兩個軸向力應變片(1-4)，兩個軸向力應變片(1-4)之間通過導線連接，第二彈性體(1-2)上相對的兩個側壁上分別設置有一個橫向力應變片(1-5)，兩個橫向力應變片(1-5)之間通過導線連接，第三彈性體(1-3)上相對的兩個側壁上分別設置有一個縱向力應變片(1-6)，兩個縱向力應變片(1-6)之間通過導線連接；每個關節一維力矩傳感器(2)包括圓柱形關節(2-1)、彈性體橫梁(2-2)、連接法蘭(2-3)和兩個關節應變片(2-4)，彈性體橫梁(2-2)固接在圓柱形關節(2-1)外壁的中部，且圓柱形關節(2-1)的中心軸線方向垂直于彈性體橫梁(2-2)的端面設置，彈性體橫梁(2-2)的底面垂直固接在連接法蘭(2-3)的端面上，兩個關節應變片(2-4)分別固接在彈性體橫梁(2-2)底面的兩端處，兩個關節應變片(2-4)之間通過導線連接；三維力傳感器(I)的上端固接有普通關節￠)，三維力傳感器(I)的側壁上安裝有數據采集模塊(3)，兩個關節一維力矩傳感器(2)之間通過連接件(5)連接，其中一個關節一維力矩傳感器(2)的一端通過支架(7)與普通關節(6)連接，支架(4)上設置有信息處理模塊(4)，三維力傳感器(I)與數據采集模塊(3)之間通過導線連接，數據采集模塊(3)和信息處理模塊(4)之間通過導線連接。
2.根據權利要求1所述的一種六足機器人腿部全方位力感知系統，其特征在于:三維力傳感器(I)的上端外壁套裝有減震彈簧(7)。
3.根據權利要求1或2所述的一種六足機器人腿部全方位力感知系統，其特征在于:兩個軸向力應變片(1-4), 兩個橫向力應變片(1-5)、兩個縱向力應變片(1-6)和兩個關節應變片(2-4)均為電阻應變片。
全文摘要
六足機器人腿部全方位力感知系統，本發明涉及一種六足機器人腿部的力感知系統，本發明為解決現有的用于六足機器人的力傳感器無法感知機器人腿部任意方向和任意位置的受力情況，而且力傳感器體積大、不易安裝、靈活性差、無法融合與機器人腿部的結構以及測量精度低的問題。三維力傳感器的上端固接有普通關節，三維力傳感器的側壁上安裝有數據采集模塊，其中一個關節一維力矩傳感器的一端通過支架與普通關節連接，支架上設置有信息處理模塊，三維力傳感器與數據采集模塊之間通過導線連接，數據采集模塊和信息處理模塊之間通過導線連接。本發明用于感知六足機器人腿部的受力情況。
文檔編號G01L1/22GK103217237SQ20131008488
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月18日 優先權日2013年3月18日
發明者劉玉斌, 張赫, 趙杰, 趙龍海 申請人:哈爾濱工業大學
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