[發(fā)明專利]仿生感應狗足結構及多維力測試方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310092483.1
• 申請日: 2023-01-18
• 公開（公告）號: CN116279899A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 李智軍;趙樹彌;夏海生;劉洋
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心人工智能研究院（安徽省人工智能實驗室）
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;G01L5/16
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 牛山

本發(fā)明提供了一種涉及足式機器人技術領域的機器狗的仿生感應狗足結構及多維力測試方法，包括彈性足墊、連接件、周圍傳感器支撐件、狗小腿、拉壓傳感器以及周圍傳感器，彈性足墊通過周圍傳感器支撐件一端包裹，周圍傳感器安裝在彈性足墊和周圍傳感器支撐件之間，感知水平面方向力；彈性足墊內的連接件與拉壓傳感器一端，拉壓傳感器另外一端與狗小腿相連，感知垂直方向的拉力和壓力。采用分壓電路和差分電路，分別對水平面感知力的傳感器和垂直方向的拉壓傳感器進行信息采集，結合位置信息和方向信息，建立多維力函數(shù)關系。本發(fā)明使得機器狗能夠仿生狗足感知水平面方向的力和垂直方向的力，擴展機器狗對環(huán)境的自主判斷能力。

技術領域

本發(fā)明涉及足式機器人技術領域，具體地，涉及仿生感應狗足結構及多維力測試方法。

背景技術

足式機器人是采用兩足、四足或更多足等足式運動的機器人。足底力的測試是關鍵，直接影響機器人行走的平衡控制。

目前，足式機器人的足端常采用彈性材料如橡膠等制成，并且可以通過足端接觸地面產(chǎn)生形變，引起足端內氣壓值的改變，來實現(xiàn)對足端力采集的目的；如申請?zhí)枮?01921416157.7的中國專利公開了一種足端結構，通過壓力信號采集板、氣管和彈性材料制成的足端來達到對足端力采集的目的。但是，由于該方案中，足端為橡膠等彈性材料制成，其安裝固定多采用膠水粘結，長期使用后，足端容易脫落，影響足端的使用壽命，并且采用膠水粘接，不利于足端的更換。進一步，粘結處在足端的頻繁變形情況下，容易破裂漏氣，同樣影響對足端的力采集。

專利CN201721328994.5介紹了一種機器人足端結構，包括用于和機器人腿部連桿相連接的足基座總成、用于緩沖傳遞沖擊力的足墊和保護罩總成，所述足基座總成內的傳感部件上設有能產(chǎn)生較大變形的敏感部，所述敏感部由高屈服強度材料制成，所述敏感部表面粘貼有應變橋；所述足墊傳遞足受到的支撐力到足基座總成，使敏感部產(chǎn)生較大變形，從而通過應變橋檢測到足端支撐力的大小。集力傳感器與足端為一體，零部件少，結構簡單，能夠有效減輕機器人足端的重量與體積，便于生產(chǎn)制造，力傳感器過載能力強不易失效，制造成本低。但是由于傳感器內嵌，外部作用力不垂直時，有分力存在，難以準確測量所受作用力。

專利CN201921416157.7介紹了一種新型足端力采集裝置，包括第一連桿、壓力信號采集板、與所述第一連桿轉動連接的第二連桿和氣管，所述第二連桿端部固定設有彈性足墊，所述彈性足墊設有氣腔，所述氣管一端與所述氣腔連通，另一端與所述壓力信號采集板連接；所述彈性足墊接觸地面產(chǎn)生形變擠壓所述氣腔，所述壓力信號采集板通過所述氣管測得所述氣腔內的壓力值變化，實現(xiàn)對所述彈性足墊所受力的信號采集。根據(jù)氣壓變化，可得出所述彈性足墊所受的力。氣腔可直接在原有的彈性足墊內設計，不需要增加額外的零部件，力采集結構和方式簡潔可靠，成本低。但是測力種類單一，只能測一種力，無法實現(xiàn)多種力的測試。

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種機器狗的仿生感應狗足結構設計及多維力測試方法。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中的缺陷，要解決現(xiàn)有狗足仿生感知功能差的問題，本發(fā)明的目的是提供一種仿生感應狗足結構及多維力測試方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種機器狗的仿生感應狗足結構，包括彈性足墊、連接件、周圍傳感器支撐件、狗小腿、拉壓傳感器以及周圍傳感器，彈性足墊通過周圍傳感器支撐件一端包裹，周圍傳感器安裝在彈性足墊和周圍傳感器支撐件之間，連接件連接于彈性足墊內，連接件穿過周圍傳感器支撐件與拉壓傳感器一端相連，拉壓傳感器另一端與狗小腿相連；

周圍傳感器感知水平面方向力，拉壓傳感器感知垂直方向的拉力和壓力，采用分壓電路和差分電路分別對周圍傳感器和拉壓傳感器進行信息采集，結合水平位置分布信息和垂直方向信息，建立多維力函數(shù)關系，運用于機器狗四肢的運動控制。

優(yōu)選的，周圍傳感器支撐件固定在連接件上，連接件固定安裝在彈性足墊上引出連接部分，周圍傳感器支撐件與拉壓傳感器無受力關系。