四足机器人圆形足端球面矢量力检测装置及检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110440975A(43)申请公布日2019.11.12(21)申请号201910722712.7(22)申请日2019.08.06(71)申请人厦门大学地址361005福建省厦门市思明区思明南路422号(72)发明人陈先益仲训昱彭侠夫李兆路武东杰(74)专利代理机构厦门加减专利代理事务所(普通合伙)35234代理人杨泽奇(51)Int.Cl.G01L5/16(2006.01)B62D57/032(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称四足机器人圆形足端球面矢量力检测装置及检测方法(57)摘要本发明涉及四足机器人技术领域，特别涉及一种四足机器人圆形足端球面矢量力检测装置及检测方法。检测装置包括腿部连杆，其内侧设置有通槽；腿部连杆末端设置有球形支撑体，表面布置着压力传感器，且压力传感器成球面经纬线布置；球形支撑体的外部设置有塑胶足套，塑胶足套的内壁设置有均匀分布的凸起，腿部连杆内设置有信号线通孔。本发明提供的检测方法，通过球面矩阵分布的压力传感器能得到崎岖不平路面对圆形足端的作用力情况，检测多支撑点的压力大小和方向，再通过矢量力合成计算得到四足机器人足底的矢量力，从完成足底矢量力检测。本发明提供的技术方案能够准确检测足底矢量力，帮助四足机器人在崎岖环境中稳定行走，具有重要的应用价值。CN110440975ACN110440975A权利要求书1/2页1.一种四足机器人圆形足端球面矢量力检测装置，其特征在于，包括：腿部连杆(10)，其内侧设置有用于设置压力传感器信号线(20)的通槽(11)，所述压力传感器信号线(20)用于传输足底压力传感器(31)采集的压力信号；所述腿部连杆(10)末端设置有球形支撑体(30)，其表面布置有压力传感器(31)，且压力传感器成球面矩阵布局，矩阵布局为球面经纬线布置；所述球形支撑体(30)的外部设置有塑胶足套(40)，所述塑胶足套(40)的内壁设置有均匀分布的凸起，分布位置与压力传感器一致；所述腿部连杆(10)内设置有信号线通孔(50)，用于使所述压力传感器信号线(20)连接到四足机器人的信息处理模块。2.根据权利要求1所述的四足机器人圆形足端球面矢量力检测装置，其特征在于：所述矩阵布局的经线为N条，纬线为M条，所述压力传感器(31)的个数为K＝NM+1。3.根据权利要求1所述的四足机器人圆形足端球面矢量力检测装置，其特征在于：所述纬线为等距设置，所述经线将球面均等分设置。4.一种根据权利要求1-3任一项所述四足检测装置检测机器人圆形足端矢量力的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、采用足端球面的压力传感器检测足端与地面接触点的压力，即支撑力，采集的压力值为F1，F2，F3，…，Fo，…，Fk，k大等于1；步骤b、去除干扰，获得有效支撑力；步骤c、以球形支撑体的球心为坐标原点建立笛卡尔三维空间坐标系O-XYZ；根据有效支撑力，计算其对应的压力传感器所在的经纬度坐标，可得各传感器的球面矩阵点坐标为(α1,β1)，(α2,β2)，…，(αk,βk)；其中，α为传感器的经度角，β为压力传感器的纬度角；步骤d、对有效支撑力进行三维笛卡尔坐标系的力分解，将力分解到x，y，z三个轴上，其分解的结果为：每个有效支撑力矢量可表示为其中o＝1，2，…，k；步骤e、对足端有效的支撑力求合力，以获得地面对足端的综合矢量力；综合矢量力为其中即完成机器人圆形足端矢量力的检测。5.根据权利要求4所述的机器人圆形足端矢量力的检测方法，其特征在于，所述有效支撑力的获得方法为：设置压力阈值ω，当压力传感器采集的压力值F≥ω时，则为有效支撑力并对其进行记录，F1，F2，F3，…，Fk。6.根据权利要求2所述的机器人圆形足端矢量力的检测方法，其特征在于，所述经度角2CN110440975A权利要求书2/2页α的确定方法为：经线将球面均等分，传感器的经度角为n为经线序号，n＝0，1，2，3，…，N-1。7.根据权利要求2所述的机器人圆形足端矢量力的检测方法，其特征在于：设p点为其中一个传感器位置，则纬度角其中，op为球形支撑体的球半径r，m为纬线序号，d为纬线的间距；m的值随着具体纬线的布局而定，且当压力传感器为上半球面时，β的值为正，下半球面时β为负值。3CN110440975A说明书1/5页四足机器人圆形足端球面矢量力检测装置及检测方法技术领域[0001]本发明涉及四足机器人技术领域，特别涉及一种四足机器人圆形足端球面矢量力检测装置及检测方法。背景技术[0002]由于四足机器人能在非结构化、不确定环境中，利用地面孤立的支撑点完成着地行走任务，因此其能在崎岖不平的山地、丘陵、沼泽、丛林等复杂地形灵活行走，以辅助人类在地震、核污染、化学