步行機(jī)器人腳力測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種步行機(jī)器人腳力測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 穩(wěn)定性是評價步行機(jī)器人運動的重要指標(biāo)，要實現(xiàn)有效的步行運動首先必須考慮 機(jī)器人的穩(wěn)定性，ZMP (Zero moment point零力矩點）作為步行機(jī)器人姿態(tài)穩(wěn)定性判據(jù)是由 前南斯拉夫?qū)W者Vukobratovic提出并應(yīng)用到仿人機(jī)器人領(lǐng)域的。此后，Vukobratovic本 人以及Hemami，Goswami，Takanishi等人又將該理論進(jìn)一步地完善和發(fā)展，使得ZMP成為目 前步行機(jī)器人研宄中應(yīng)用最為廣泛的穩(wěn)定性判據(jù)。其核心思想是要確保單腿支撐期的機(jī)器 人足與地面完全接觸，使得各個自由度直接可控，避免出現(xiàn)欠驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)情形。
[0003] ZMP指地面上的一點，關(guān)于該點的地面反力和反力矩的等效作用力矩的水平分量 為零（式1)，同時ZMP也被定義為地面上的一點，關(guān)于該點的所有質(zhì)量塊的重力和慣性力的 合力矩沿水平方向分量為零（式2)。
[0004] T G. E (rZMp) I horizontal - ? ⑴
[0005] T iner^ia+grav^y (^ZMP^ I horizontal ^ ⑵
[0006] 據(jù)上述定義，可以推導(dǎo)出由n個質(zhì)量塊組成的仿人機(jī)器人的零力矩點的表達(dá)如 下：
【主權(quán)項】
1. 一種步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于，包括： 上支撐板（1)，固定連接于機(jī)器人足部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動組件（7); 下支撐板（2)，相對地設(shè)置在上支撐板（1)的下方；以及 多個壓力測量組件（3)，各壓力測量組件（3)包括： 保護(hù)外殼（31)，固定連接在上支撐板（1)和下支撐板（2)之間，上端和下端開口； 薄膜式力敏感電阻（32)，設(shè)置在保護(hù)外殼（31)內(nèi)的下端開口對應(yīng)的下支撐板（2)的表 面上； 壓緊墊（33)，設(shè)置在保護(hù)外殼（31)內(nèi)的薄膜式力敏感電阻（32)的上表面上； 碟形彈簧（34)，設(shè)置在保護(hù)外殼（31)內(nèi)，一端連接壓緊墊（33);以及 運動推桿（35)，與碟形彈簧（34)的另一端接觸，穿設(shè)保護(hù)外殼（31)的上端開口且固定 連接上支撐板（1); 其中，當(dāng)機(jī)器人的腳底與地面接觸時，下支撐板（2)接收地面與機(jī)器人的腳底之間的 作用力向上移動，上支撐板（1)受機(jī)器人的腳底的作用力而向下移動、進(jìn)而運動推桿（35) 沿保護(hù)外殼（31)向下推動壓緊墊（33)向下移動，碟形彈簧（34)被壓縮； 當(dāng)機(jī)器人的腳底離開地面時，由于重力和被壓縮的碟形彈簧（34)的彈力的作用，下支 撐板（2)向下移動，壓緊墊（33)與運動推桿（35)向上移動，碟形彈簧（34)恢復(fù)至初始狀 ??τ O
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于，壓力測量組件（3)為 多個，且均勻分布于上支撐板（1)和下支撐板（2)之間的空間的周邊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于，壓力測量組件（3)為 4個，且分布于上支撐板（1)和下支撐板（2)之間的空間的四個拐角處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于，所述步行機(jī)器人腳 力測量裝置還包括： 地面接觸緩沖墊（4)，貼覆在下支撐板（2)的下表面上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于，所述步行機(jī)器人腳 力測量裝置還包括： 信號處理單元（5)，設(shè)置于上支撐板（1)和下支撐板（2)之間，并通信連接薄膜式力敏 感電阻（32)，以用于實現(xiàn)阻值到電壓信號的變換。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于，運動推桿（35)通過 緊固螺釘(6)固定連接上支撐板（1)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于，碟形彈簧（34)為多 個彈簧經(jīng)對合組合而成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于，機(jī)器人在行走過程 中的ZMP計算公式如下：
其中，Pj表示第j個薄膜式力敏感電阻（32)的空間坐標(biāo)矢量，fj為薄膜式力敏感電阻 (32) j所感知的來自于地面的法向力，N為薄膜式力敏感電阻（32)的數(shù)量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于， 當(dāng)單腳底的壓力測量組件（3)數(shù)量為4個時，單腿支撐期N = 4,雙腿支撐期N = 8。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的步行機(jī)器人腳力測量裝置，其特征在于， 碟形彈簧（34)的初始狀態(tài)具有一定的預(yù)壓力。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種步行機(jī)器人腳力測量裝置，其包括：上支撐板，固定連接機(jī)器人足部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動組件；下支撐板，設(shè)置在上支撐板下方；多個壓力測量組件。各壓力測量組件包括：保護(hù)外殼，固定連接在上支撐板和下支撐板之間；薄膜式力敏感電阻，設(shè)置在保護(hù)外殼內(nèi)；壓緊墊，設(shè)置在薄膜式力敏感電阻的上表面上；碟形彈簧，一端連接壓緊墊；運動推桿，與碟形彈簧的另一端接觸，固定連接上支撐板。當(dāng)機(jī)器人的腳底與地面接觸時，下支撐板接收地面與機(jī)器人的腳底之間的作用力向上移動，運動推桿向下移動，碟形彈簧被壓縮；當(dāng)機(jī)器人的腳底離開地面時，由于重力和被壓縮的碟形彈簧的彈力的作用，下支撐板向下移動，運動推桿向上移動，碟形彈簧恢復(fù)至初始狀態(tài)。
【IPC分類】G01L1-20
【公開號】CN104634486
【申請?zhí)枴緾N201410831804
【發(fā)明人】伊強, 徐靜, 王國磊, 劉少麗, 陳懇
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月26日