專利名稱：六足機器人腿部全方位力感知系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六足機器人腿部的力感知系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
仿生六足機器人是在復(fù)雜的自然地形中最容易實現(xiàn)穩(wěn)定行走的機械裝置之一，其外形模仿節(jié)肢動物。六足機器人多工作于非結(jié)構(gòu)化、不確定的環(huán)境中，因此通過穩(wěn)定的感知系統(tǒng)準(zhǔn)確、實時地獲取外界和自身狀態(tài)信息尤為重要，而外界對其的作用力及自身的關(guān)節(jié)力矩信息正是這其中最重要的信息之一?，F(xiàn)有的六足機器人腿部系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的設(shè)計，現(xiàn)有的傳感器彈性體與機器人系統(tǒng)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(chǎn)生較大的影響，直接影響到傳感器的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:六足機器人腿部全方位力感知系統(tǒng)包括三維力傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、信息處理模塊和兩個關(guān)節(jié)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(yīng)變片、兩個橫向力應(yīng)變片和兩個縱向力應(yīng)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(cè)壁上加工有貼片孔，貼片孔內(nèi)設(shè)置有兩個軸向力應(yīng)變片，兩個軸向力應(yīng)變片之間通過導(dǎo)線連接，第二彈性體上相對的兩個側(cè)壁上分別設(shè)置有一個橫向力應(yīng)變片，兩個橫向力應(yīng)變片之間通過導(dǎo)線連接，第三彈性體上相對的兩個側(cè)壁上分別設(shè)置有一個縱向力應(yīng)變片，兩個縱向力應(yīng)變片之間通過導(dǎo)線連接；每個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器包括圓柱形關(guān)節(jié)、彈性體橫梁、連接法蘭和兩個關(guān)節(jié)應(yīng)變片，彈性體橫梁固接在圓柱形關(guān)節(jié)外壁的中部，且圓柱形關(guān)節(jié)的中心軸線方向垂直于彈性體橫梁的端面設(shè)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(guān)節(jié)應(yīng)變片分別固接在彈性體橫梁底面的兩端處，兩個關(guān)節(jié)應(yīng)變片之間通過導(dǎo)線連接；三維力傳感器的上端固接有普通關(guān)節(jié)，三維力傳感器的側(cè)壁上安裝有數(shù)據(jù)采集模塊，兩個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器之間通過連接件連接，其中一個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器的一端通過支架與普通關(guān)節(jié)連接，支架上設(shè)置有信息處理模塊，三維力傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊之間通過導(dǎo)線連接，數(shù)據(jù)采集模塊和信息處理模塊之間通過導(dǎo)線連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:本發(fā)明的三維力傳感器上設(shè)置有兩個軸向力應(yīng)變片，兩個橫向力應(yīng)變片和兩個縱向力應(yīng)變片，關(guān)節(jié)一維力矩傳感器上設(shè)置有兩個關(guān)節(jié)應(yīng)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(guān)節(jié)一維力矩傳感器完全融合于腿部結(jié)構(gòu)，從而提高腿部設(shè)計的靈活性，實現(xiàn)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(fā)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(fā)明的三維力傳感器的立體圖，圖4是本發(fā)明的關(guān)節(jié)一維力矩傳感器的主視立體圖，圖5是本發(fā)明的關(guān)節(jié)一維力矩傳感器的仰視立體圖，圖6是本發(fā)明的總裝立體圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:結(jié)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(tǒng)包括三維力傳感器1、數(shù)據(jù)采集模塊3、信息處理模塊4和兩個關(guān)節(jié)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(yīng)變片1-4、兩個橫向力應(yīng)變片1-5和兩個縱向力應(yīng)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(cè)壁上加工有貼片孔1-1-1，貼片孔1-1-1內(nèi)設(shè)置有兩個軸向力應(yīng)變片1-4，兩個軸向力應(yīng)變片1-4之間通過導(dǎo)線連接，第二彈性體1-2上相對的兩個側(cè)壁上分別設(shè)置有一個橫向力應(yīng)變片1-5，兩個橫向力應(yīng)變片1-5之間通過導(dǎo)線連接，第三彈性體1-3上相對的兩個側(cè)壁上分別設(shè)置有一個縱向力應(yīng)變片1-6，兩個縱向力應(yīng)變片1-6之間通過導(dǎo)線連接；每個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器2包括圓柱形關(guān)節(jié)2-1、彈性體橫梁2-2、連接法蘭2-3和兩個關(guān)節(jié)應(yīng)變片2-4，彈性體橫梁2-2固接在圓柱形關(guān)節(jié)2-1外壁的中部，且圓柱形關(guān)節(jié)2-1的中心軸線方向垂直于彈性體橫梁2-2的端面設(shè)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(guān)節(jié)應(yīng)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(guān)節(jié)應(yīng)變片2-4之間通過導(dǎo)線連接；三維力傳感器I的上端固接有普通關(guān)節(jié)6，三維力傳感器I的側(cè)壁上安裝有數(shù)據(jù)采集模塊3，兩個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器2之間通過連接件5連接，其中一個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器2的一端通過支架7與普通關(guān)節(jié)6連接，支架4上設(shè)置有信息處理模塊4，三維力傳感器I與數(shù)據(jù)采集模塊3之間通過導(dǎo)線連接，數(shù)據(jù)采集模塊3和信息處理模塊4之間通過導(dǎo)線連接。
具體實施方式
二:結(jié)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(shè)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(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:結(jié)合圖1 圖6說明，本實施方式的兩個軸向力應(yīng)變片1-4，兩個橫向力應(yīng)變片1-5、兩個縱向力應(yīng)變片1-6和兩個關(guān)節(jié)應(yīng)變片2-4均為電阻應(yīng)變片。其他組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。工作原理:當(dāng)三維力傳感器I和關(guān)節(jié)一維力矩傳感器2受到力時，會發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)變，從而使兩個軸向力應(yīng)變片1-4,兩個橫向力應(yīng)變片1-5、兩個縱向力應(yīng)變片1-6和關(guān)節(jié)應(yīng)變片2-4同時發(fā)生相應(yīng)阻值的變化，并將變化信號傳遞給數(shù)據(jù)采集模塊3，數(shù)據(jù)采集模塊3將發(fā)生阻值變化后產(chǎn)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(yīng)的力學(xué)數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種六足機器人腿部全方位力感知系統(tǒng)，其特征在于:所述力感知系統(tǒng)包括三維力傳感器(I)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)、信息處理模塊(4)和兩個關(guān)節(jié)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(yīng)變片(1-4)、兩個橫向力應(yīng)變片(1-5)和兩個縱向力應(yīng)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(cè)壁上加工有貼片孔(1-1-1)，貼片孔(1-1-1)內(nèi)設(shè)置有兩個軸向力應(yīng)變片(1-4)，兩個軸向力應(yīng)變片(1-4)之間通過導(dǎo)線連接，第二彈性體(1-2)上相對的兩個側(cè)壁上分別設(shè)置有一個橫向力應(yīng)變片(1-5)，兩個橫向力應(yīng)變片(1-5)之間通過導(dǎo)線連接，第三彈性體(1-3)上相對的兩個側(cè)壁上分別設(shè)置有一個縱向力應(yīng)變片(1-6)，兩個縱向力應(yīng)變片(1-6)之間通過導(dǎo)線連接；每個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器(2)包括圓柱形關(guān)節(jié)(2-1)、彈性體橫梁(2-2)、連接法蘭(2-3)和兩個關(guān)節(jié)應(yīng)變片(2-4)，彈性體橫梁(2-2)固接在圓柱形關(guān)節(jié)(2-1)外壁的中部，且圓柱形關(guān)節(jié)(2-1)的中心軸線方向垂直于彈性體橫梁(2-2)的端面設(shè)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(guān)節(jié)應(yīng)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(guān)節(jié)應(yīng)變片(2-4)之間通過導(dǎo)線連接；三維力傳感器(I)的上端固接有普通關(guān)節(jié)￠)，三維力傳感器(I)的側(cè)壁上安裝有數(shù)據(jù)采集模塊(3)，兩個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器(2)之間通過連接件(5)連接，其中一個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器(2)的一端通過支架(7)與普通關(guān)節(jié)(6)連接，支架(4)上設(shè)置有信息處理模塊(4)，三維力傳感器(I)與數(shù)據(jù)采集模塊(3)之間通過導(dǎo)線連接，數(shù)據(jù)采集模塊(3)和信息處理模塊(4)之間通過導(dǎo)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六足機器人腿部全方位力感知系統(tǒng)，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(jù)權(quán)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(tǒng)，其特征在于:兩個軸向力應(yīng)變片(1-4), 兩個橫向力應(yīng)變片(1-5)、兩個縱向力應(yīng)變片(1-6)和兩個關(guān)節(jié)應(yīng)變片(2-4)均為電阻應(yīng)變片。
全文摘要
六足機器人腿部全方位力感知系統(tǒng)，本發(fā)明涉及一種六足機器人腿部的力感知系統(tǒng)，本發(fā)明為解決現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(guān)節(jié)，三維力傳感器的側(cè)壁上安裝有數(shù)據(jù)采集模塊，其中一個關(guān)節(jié)一維力矩傳感器的一端通過支架與普通關(guān)節(jié)連接，支架上設(shè)置有信息處理模塊，三維力傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊之間通過導(dǎo)線連接，數(shù)據(jù)采集模塊和信息處理模塊之間通過導(dǎo)線連接。本發(fā)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(yōu)先權(quán)日2013年3月18日
發(fā)明者劉玉斌, 張赫, 趙杰, 趙龍海 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)