[发明专利]一种具有足底压力检测功能的机器人足部装置

说明书

本发明适用于机器人行走技术领域，提供了一种具有足底压力检测功能的机器人足部装置，其包括从上至下叠置的上底板、缓冲垫以及下底板。上底板上布设有若干单维力传感器，每一单维力传感器均包括缓冲部以及检测片，缓冲部固定在检测片的底部，检测片与电子线路电气连接。缓冲垫对应单维力传感器的位置开设有第一通孔，缓冲部嵌入第一通孔内，下底板对应于缓冲部的位置向上延伸出支撑柱。缓冲垫上还开设有第二通孔，第二通孔内嵌置有压力弹簧。本发明的机器人足部装置既保证了机器人足部的刚性要求，又能起到缓冲作用，并能实时准确地检测出机器人在运行过程中的足底压力分布情况，从而为机器人实现自主式稳定行走提供数据依据。

技术领域

本发明属于机器人行走技术领域，尤其涉及一种具有足底压力检测功能的机器人足部装置。

背景技术

对于外骨骼助行康复机器人来说，要实现稳定连续的行走动作，为了不在行进的过程中跌倒，就必须对机器人进行步态规划，而进行步态规划时需要依托于一个稳定判据。ZMP(Zero Moment Point，零力矩点)稳定性判定准则是步行机器人目前应用最为广泛的稳定判据之一，本发明装置也是基于此判据原理而设计的。ZMP是指外骨骼或双足机器人所受的重力、惯性力和地面反力三者的合力矢量的延长线与地面的交点。机器人在步行运动过程中，其ZMP应该始终保持在支撑脚所组成的凸多边形有效支撑区域内，机器人才能保持稳定，这便是ZMP稳定性准则。

目前对机器人ZMP的测量主要依靠足底传感器，主要采取单个六维力/力矩传感器、多个三维力/力矩传感器组合、多个单维力传感器组合等形式。采用多个单维力传感器组合形式既可以降低装置成本又可以减轻设备重量，本发明装置便是采用此种传感检测形式。

为了进一步说明技术背景，下面举列的是一些关于足底压力检测装置的现有技术：

中国发明专利CN104161529A，公开了一种足底压力分布检测系统及其制作方法，是利用压电驻极体层把压力信号转化为电信号。包括：检测层，用来检测足底压力信号，并将检测到的足底压力信号转换成电信号；处理发送模块，接收检测层转换成的电信号，对接收到的电信号进行处理，且将经处理后的电信号发送到外界的接收设备。在该专利公布的制作方法中，通过使用多层黏结的方式，使压电驻极有轻、薄、软的特点。

中国发明专利CN104198105A，公开了一种一种外骨骼或双足机器人用足端双量程三维力检测装置，其结构包括鞋垫板、水平力传递板、脚底板、脚底橡胶减震垫、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、弹性体和两个槽形支撑板。而其弹性体又由本体、第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁、第一弹性板、第二弹性板、第三弹性板和六个应变片组成。本体的两侧分别固装有第一悬臂梁和第二悬臂梁；弹性体布置在脚底板的上表面上，脚底板布置在脚底橡胶减震垫的上表面上。该装置可用于机器人的脚部人机交互力检测。

中国发明专利CN102783955A，公开了一种压力分布检测装置，是利用柔性阵列传感器单元来实现压力分布的检测。其柔性阵列传感器单元依次连接信号调理及数据采集单元和数据显示及分析单元。柔性阵列传感器单元由传感器阵列和惠斯通电桥电路组成。传感器阵列由传感器节点组成，每个传感器节点为一个应变片，应变片按照行和列的方式排列组成传感器阵列。每个应变片与已知阻值的三个精密电阻组成惠斯通电桥电路。当应变片受到外界压力，电阻发生变化，通过信号调理及数据采集单元采集柔性阵列传感器单元上的阻值变化信息，经模数转换后传输到数据显示及分析单元，进行显示及分析。

中国发明专利CN103006233A，公开了一种足底曲面及压力分布检测装置，由壳体、封装在壳体开口处的顶板、与足底曲面接触且具有上下往复升降功能的检测机构、采集检测机构的升降位移数据且传送给上位处理系统的检测电路、及接收检测电路传送过来的升降位移数据且分析重建的数据处理系统构成。其测量原理为通过红外发射和接收来测量可升降检测机构的位移来实现足底三维曲面和压力分布的检测和重建。