[發明專利]一種基于視覺傳感器足式機器人足端多維力感知裝置

在審

• 申請號: 201811258360.6
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109269706A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 喬貴方;孫大林;宋光明;韋中;戚奇恩;宋愛國
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開了一種基于視覺傳感器的足式機器人足端多維力感知裝置，該裝置主要分為球形外殼和力感知模塊兩部分，力感知模塊分為視覺檢測模塊、透明柔性體與LED標定盤，透明柔性體分別與視覺檢測模塊和LED標定盤通過膠粘固連。視覺檢測模塊包含攝像頭基座和微型攝像頭，LED標定盤包含裝置基座和9個球形發光二極管。視覺檢測模塊中的微型攝像頭可透過透明柔性體獲取LED標定盤的二維圖像，球形外殼的球心與裝置基座的中心重合，外力會導致透明柔性體發生形變，通過檢測各個球形發光二極管的中心點的變化，計算獲得球形外殼受的力和力矩。本發明具有體積小、成本低，結構簡單等特點，其能夠承受多倍超量程負載，尤其適用于足式機器人。

技術領域

本發明涉及足式機器人步態控制技術領域，特別涉及一種基于視覺傳感器足式機器人足端多維力感知裝置。

背景技術

隨著機器人技術的不斷提高，機器人的應用領域已經逐步從結構化環境(如工業環境等領域)向非結構化環境(如野外勘探、災后搜救和星球探索等領域)擴展。非結構化環境的復雜性和不確定性要求機器人具有更強的功能、更高的環境和任務的適應性。相比于輪式和履帶式機器人，足式機器人在復雜環境中具有環境較強的適應性，能夠在地震等災后現場、建筑失火現場以及未知星球表面等危險場合進行監測、搜救及探索等任務。

為了適應復雜的地形環境，足式機器人的足端通常安裝多維力傳感器獲取地面信息，如形狀、剛度等，并根據這些反饋信息進行實時調整機器人的步態和姿態。目前針對足式機器人的足端多維力感知裝置主要分為通用多維力傳感器與專用多維力傳感器。通用多維力傳感器主要安裝于工業機器人末端，分為應變片式(CN200810243742、CN201410287012)、壓電式(CN200710157931)、電容式(CN201721577839)、光纖式(CN201510697769)等，此類傳感器具有高精度、大量程、易于安裝等特點，但其也具有價格昂貴、體積大以及結構復雜等缺陷；而專用多維力傳感器多是在設計足式機器人的過程中，優化傳感器結構，降低造價和結構復雜度，但不易于移植安裝，同時剛性的多維力傳感器無法實現減震。根據足式機器人運動特點可知，足端力傳感器常會受到較大的沖擊，從而造成足端力傳感器的損壞。因此，亟待一種成本低廉、結構簡單、體積小、質量輕、易于集成、可超多倍量程的足端多維力感知裝置，能夠提供足夠精度的力學信息，幫助足式機器人準確獲取外部環境狀態。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種基于視覺傳感器足式機器人足端多維力感知裝置，具有成本低廉、體積小、可超多倍量程、易于集成等特點，能夠實現足式機器人足端多維力的檢測。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于視覺傳感器足式機器人足端多維力感知裝置，包括球形外殼和力感知模塊兩部分，所述球形外殼與力感知模塊通過螺絲從側向固定連接，力感知模塊分為視覺檢測模塊、透明柔性體與LED標定盤，透明柔性體分別與視覺檢測模塊和LED標定盤通過膠粘固定連接，視覺檢測模塊包含攝像頭基座和微型攝像頭，微型攝像頭固定安裝在攝像頭基座的中心位置，LED標定盤包含裝置基座和9個球形發光二極管，球形發光二極管以3×3矩陣形式固定安裝在裝置基座上，球形外殼的球心與裝置基座的中心重合。

另外，球形外殼上設有側孔，側孔用于將外殼與力感知模塊固定，內部裝有沉頭螺栓，內部的力感知模塊是封閉的，不怕進水，使用安全。

一種基于視覺傳感器足式機器人足端多維力感知裝置的使用方法是：該裝置通過螺絲與足式機器人腿部結構的末端進行固定連接，力感知模塊內部的微型攝像頭透過透明柔性體獲取各個球形發光二極管的圖像，當足式機器人的足端與外部地面接觸時，外力通過球形外殼傳遞到透明柔性體，導致透明柔性體發生形變，通過檢測各個球形發光二極管的中心位移變化，計算獲得球形外殼受的力和力矩。

本發明的有益效果是：

一、該足端多維力傳感裝置體積小、結構簡單、易于集成、且成本低廉；