[發明專利]機器人用流體萬向柔順與力傳感掌

有效

• 申請號: 201910171297.0
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109969285B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 叢大成;李加啟;楊志東;張燕燕
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

本發明公開一種機器人用流體萬向柔順與力傳感掌，包括電磁閥、控制腔體、壓力傳感器、溫度傳感器、傳感掌單元，所述的控制腔體的上端與電磁閥連接，控制腔體的下端通過其內管道與傳感掌單元連接，壓力傳感器位于控制腔體內壁上，所述的傳感掌單元包括外橡膠層、應變感應層、金屬加強層和內橡膠層，金屬加強層與應變感應層貼合在一起之后，夾在內橡膠層與外橡膠層之間，所述的傳感掌單元內腔填充有一定量的液體。本發明實現了交互過程中變阻尼緩沖、變剛度適應，解決了傳統機器人用末端環境交互機構的大剛度、無阻尼交互所帶來的沖擊、非順從問題，使得交互過程無沖擊、柔順。

技術領域

本發明屬于工業生產技術領域，具體涉及一種機器人用流體萬向柔順與力傳感掌。

背景技術

機器人末端執行器為直接與環境交互的機構，傳統機構設計中其表現剛度大、末端幾乎沒有可控的緩沖器，從而與環境柔順交互差，尤其在足式機器人中，在足式機器人高速跳躍奔跑中，足端與地面呈現高速碰撞，傳統足端采用緩沖能力極弱的橡膠墊其緩沖柔順性能遠遠不足；采用彈簧或彈性材料進行緩沖，其阻尼效果和彈簧工作狀態極差容易造成彈簧失效，存在不可控彈簧環節，并且足端剛度、阻尼不可控；采用液壓缸、伺服閥緩沖系統則系統復雜，對地面不是萬向柔順，對于要求末端輕量化、小型化難以滿足，并且其感知多維力依然采用六維力傳感器，進一步增加了系統的復雜性與成本，對于變剛度控制和阻尼控制算法復雜不易實現。

發明內容

針對以上問題本發明提出一種機器人用流體萬向柔順與力傳感掌，實現其對環境萬向柔順適應性，滿足足式機器人的足端剛度、阻尼可控要求，可大大增加其緩沖實際效果、六向力感知和溫度梯度感知，實現對交互過程中的力感知、溫度感知。

本發明所采取的技術如下：一種機器人用流體萬向柔順與力傳感掌，包括電磁閥、控制腔體、壓力傳感器、溫度傳感器、傳感掌單元，所述的控制腔體的上端與電磁閥連接，控制腔體的下端通過其內管道與傳感掌單元連接，壓力傳感器位于控制腔體內壁上，所述的傳感掌單元包括外橡膠層、應變感應層、金屬加強層和內橡膠層，金屬加強層與應變感應層貼合在一起之后，夾在內橡膠層與外橡膠層之間，所述的傳感掌單元內腔填充有一定量的液體，應變感應層安裝有溫度傳感器；當外部環境對傳感掌單元產生力的作用，并對傳感掌單元內腔的液體產生擠壓作用，電磁閥不完全打開，傳感掌單元內腔的液體則不會向外流出從而形成抵抗力，傳感掌單元處于大剛度狀態，若打開電磁閥，則傳感掌單元內腔的液體向外流出，不形成抵抗力，傳感掌單元處于小剛度狀態；所述的電磁閥通過PWM信號控制，通過調整PWM信號的占空比實現電磁閥打開的時間，打開的時間越長，那么傳感掌內腔的液體向外流出越多，傳感掌單元變形越大，即剛度越小，最終通過控制PWM信號的占空比實現傳感掌單元與外環境的變剛度交互，同等壓力下液體流經的孔隙越小其產生的阻抗越大，通過調整電磁閥的開口大小即實現傳感掌單元的液體以不同阻抗流出或流入，實現變阻抗交互控制。

本發明還具有如下技術特征：

1、所述的傳感掌單元為立方體、環狀或者球形。

2、所述的電磁閥為高速微型三位三通比例電磁閥，當高速微型三位三通比例電磁閥處于中間位的關死狀態，傳感掌單元內腔的流體無法流出，形成高壓狀態以抵抗作用力，呈現高剛度無阻尼狀態，當傳感掌單元與外界環境處于作用狀態時，高速微型三位三通比例電磁閥開口向低壓油口方向時，其開口量與輸入電信號成比例關系，當傳感掌單元與外界環境處于非作用狀態，高速微型三位三通比例電磁閥開口向高壓油口方向時，外部一定壓力的液體通過內管道補充流入傳感掌單元內腔，使得傳感掌單元掌保持一定剛度狀態。