一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统。
【背景技术】
[0002]多足步行机器人在运动过程中不需要连续的支撑面，因此较轮式及履带式机器人具有更好的环境适应性和运动灵活性。在实际应用中，多足步行机器人工作的环境极为复杂，为了实现机器人对其自身的姿态实时估计，对步态的在线规划，需要机器人实时获取足与地面的接触信息。
[0003]传统的步行机器人足端多采用平板或球型结构足端。如:申请号为201310043348.4的发明专利《一种基于模块化阵列传感器的仿人机器人足部结构》与申请号为201110451677.3的发明专利《一种多足步行机器人脚》专利中提到的足端系统设计。平板式结构的足部系统与地面具有较大的接触面积，可有效提高机器人的稳定性，常用于双足机器人，但是其具有结构复杂，着地检测不准确，行走过程中易被姅倒等缺点。球形结构的足部系统广泛应用于多足步行机器人中，其中负责足与地面接触检测的机构一般由弹簧连接的动子和定子组成，检测的原理为通过弹簧的变形量来反映足与地面的接触情况。球形结构的足部系统结构简单，应用范围广，但是具有弹簧刚度选择困难，精度低，可靠性不高，减震性能差等缺点。实时的机器人足与地面接触状况检测是实现多足步行机器人在复杂环境中行走的关键，但是现有的机器人足部结构还不能满足实际应用的需求，因此设计一种可靠的多足步行机器人足端系统具有重要的意义，需要进一步的研究。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明基于柔性结构，对多足步行机器人足部系统进行整体设计，目的在于提供一种可检测足与地面接触情况的多足机器人足部系统，具有体积小，功能稳定，适应工作环境广泛，使用寿命长等特点。
[0005]本发明可检测足与地面接触情况的多足机器人柔性足部系统，包括柔性足部以及接触检测机构。
[0006]所述柔性足部包括小腿连接部分、柔性关节部分；其中，小腿连接部分用来实现柔性足部与机器人小腿间的连接。柔性关节部分顶端与小腿连接部分相接，下端为着地端；且柔性关节分为内侧部分与外侧部分；外侧部分上部为薄壁；外侧部分上设计有动触点；内侧部分上安装有微动开关；微动开关与动触点共同构成接触检测机构；，在着地端受力时，外侧部分向内侧部分靠近，动触点按下微动开关的触点，此时即可检测到柔性足部与地面接触。在外侧部分着地端不受力时，动触点与微动开关触点接触但不受力，此时检测到柔性足部与地面未接触。
[0007]本发明的优点为:
[0008]1、本发明基于柔性机构的设计方法，对机器人足端结构进行整体设计，因此所设计的足端具有结构紧凑，体积小，重量轻的优点。
[0009]2、本发明中足与地面的接触检测的方法具有可靠性高，灵敏度好的优点。
[0010]3、本发明中机器人足端外部包裹有保护套，较一般的机器人足端具有更广泛的工作环境，更加经久耐用。
【附图说明】
[0011]图1为本发明多足机器人柔性足部系统整体结构示意图；
[0012]图2为本发明多足机器人柔性足部系统整体结构侧视图；
[0013]图3为本发明多足机器人柔性足部系统整体结构侧视剖视图。
[0014]图中:
[0015]1-柔性足部2-接触检测机构3-限位机构
[0016]101-小腿连接部分 102-柔性关节部分1la-凸台定位面
[0017]1lb-突起部分102a-圆形开孔102b_曲线缝隙
[0018]102c-内侧部分102d-外侧部分102e_薄壁结构
[0019]201-动触点202-微动开关203-微动开关触点
[0020]301-限位块A302-限位块B
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0022]本发明多足机器人柔性足部系统，包括柔性足部I以及柔性足部I上安装的接触检测机构2与限位机构3。
[0023]所述柔性足部I采用3D打印整体成型，包括小腿连接部分101、柔性关节部分102。其中，小腿连接部分101用来实现本发明多足机器人柔性足部系统与机器人小腿间的连接，适用于与不同机器人小腿间的连接。小腿连接部分101内侧与外侧具有凸台定位面101a，中部上端具有突起部分101b，突起部分1lb上沿左右方向开有安装螺孔。由此，在小腿连接部分101与机器人小腿连接时，可通过内侧与外侧的凸台定位面1la分别与机器人小腿的连接端内外两侧面端部贴合，实现小腿连接部分101与机器人小腿间的定位；此时突起部分1lb位于机器人小腿连接端内外两侧面之间，通过螺钉穿过机器人小腿的连接端内外侧面上设计的螺孔，以及突起部分1lb上的安装螺孔并拧紧，实现小腿连接部分101与机器人小腿间的连接固定，进而实现柔性足部I整体与机器人小腿间的连接固定。通过上述结构，可实现柔性足部I与机器人小腿间的快速更换和安装。
[0024]小腿连接部分101下端为条状柔性关节部分102，整体具有向机器人腿部内侧弯曲的弧形结构。柔性关节部分102 —端与小腿连接部分101下端相接，另一端为圆弧型，作为柔性足部I的着地端。本发明中柔性关节部分102的上部设计有贯通柔性关节部分102前后侧壁的圆形开孔102a，同时柔性关节部分102上还具有样条形曲线缝隙102b，且样条型曲线缝隙102b贯通柔性关节部分102前后侧壁，一端与圆形开孔102a相接，另一端由柔性关节部分102内侧壁下部连通。由此通过样条型曲线缝隙102b将柔性关节部分102分割为内侧部分102c与外侧部分102d，内侧部分102c为柔性关节部分102内侧面与样条型曲线缝隙102b之间的部分，外侧部分102d为柔性关节部分102外侧面与样条型曲线缝隙102b之间的部分。通过上述结构使柔性关节部分102在圆形开孔102a处形成薄壁特征，即柔性关节部分102的外侧壁在圆形开孔102a处形成薄壁结构102e。由此，在柔性关节部分着地端受力后，圆形开孔102a处的薄壁外侧壁产生形变，使柔性关节部分102的外侧部分102d绕圆形开孔102a做近似旋转运动，形成柔性铰链。上述柔性关节部分102中内侧部分102c内部开有空腔，用来为接触检测机构2中的微动开关202提供安装空间，且在内侧部分102c前后侧面上开有安装孔，用来实现微动开关202与内侧部分102c间的固定；同时在外侧部分102d中部沿柔性关节部分102前后方向设计有圆柱面的条形动触点201。
[0025]所述接触检测装置包括柔性关节部分102上的动触点201，以及微动开关202。其中，微动开关202广泛应用于汽车，军工，家电等行业中，种类繁多，内部结构有成百上千种。考虑到使本发明多足机器人柔性足部系统结构紧凑，体积小，采用体积小，重量轻，可靠性强的鼠标型微动开关作为检测元件。微动开关202设置在