一种基于模块化阵列传感器的仿人机器人足部结构

摘要

本发明涉及一种基于模块化阵列传感器的仿人机器人足部结构，包括脚板、固定在脚板后端的后脚掌、通过脚掌连接件与脚板连接并能转动的前脚掌，所述脚板底部固定有由若干用于感知地面反力信息的传感器组成的传感器阵列，所述脚板上设有用于与机器人腿连接的连接组件。因此，本发明具有如下优点：基于PVDF压电薄膜传感器，采用阵列布置方式，以模块化的方法设计了结构紧凑、具有地面自适应和吸能缓冲装置的、能够较为准确测得机器人步行过程零力矩点的足部结构，本发明的每个PVDF压电薄膜传感器可以互换，在发生故障时，能够将故障元件拆下并更换。

主权项

一种基于模块化阵列传感器的仿人机器人足部结构，其特征在于：包括脚板(1)、固定在脚板(1)后端的后脚掌(2)、通过脚掌连接件与脚板(1)连接并能转动的前脚掌(3)，所述脚板(1)底部固定有由若干用于感知地面反力信息的传感器(4)组成的传感器阵列，所述脚板(1)上设有用于与机器人腿连接的连接组件；所述的脚掌连接件包括一个扭簧(7)以及固定在扭簧(7)两端的固定板(8)，其一端的固定板(8)通过螺钉与前脚掌(3)上设有的连接板(5)固定在一起，其另一端的固定板(8)通过螺钉与脚板(1)固定在一起；所述前脚掌(3)上设有的连接板(5)，其底部固定有若干用于感知地面反力信息的传感器(4)；所述的脚板(1)上位于后脚掌(2)的衔接处对称设有至少两个用于吸收脚跟冲击的减震机构(9)；所述后脚掌(2)底端和前脚掌(3)底端均设有橡胶减震层(10)；所述的用于感知地面反力信息的传感器(4)采用直接与地面接触的PVDF压电薄膜传感器；传感器设计成阵列形式，布置在足底；PVDF压电薄膜传感器直接与地面接触，避免了因传感器安装较高而带来的误差；获取与地面接触状态及接触位置，判断与地面的有效支撑区域，实时感知地面反力信息更利于调整机器人行走姿态，更好实现基于零力矩点的步态控制；其中PVDF压电薄膜传感器设计成阵列形式，根据机器人的实际需要进行传感器的布置，根据实际应用综合考虑了零力矩点的检测对传感器布置的需求，满足机器人步态控制中对零力矩点的检测需要，每个PVDF压电薄膜传感器设计成为一个独立的传感器子单元，即实现了传感器独立单元的模块化设计，便于足部结构在实际应用中的组装，同时为传感器子单元的更换、维修带来了极大的便利；具体操作步骤是：第一步，初始化寄存器并配置采样频率；第二步，判断上位控制系统是否给出读取零力矩点的指令；第三步，由传感器提供的数据计算出有效支撑区域；第四步，计算出实际的零力矩点；第五步，判断实际的零力矩点是否在有效的支撑区域内，如果在则向上位控制系统反馈零力矩点数据，如果不在有效的支撑区域内，则反馈异常信息即实际零力矩点与有效的支撑区域的偏离信息，由上位控制系统做出步态调整。