用于爬樓機器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種用于水平姿態(tài)爬樓機器人的腿部智能執(zhí)行機構(gòu)，尤其涉及機器人在多類型樓梯以及機器人支撐地面會出現(xiàn)塌陷工況下的智能識別和控制。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進步，機器人的使用越來越普及，出現(xiàn)了很多應(yīng)用于各種場合的機器人，其中爬樓搬運機器人的研究越來越得到重視。對于爬樓搬運機器人，非常重要的一個性能指標(biāo)是爬樓時機器人平臺不會發(fā)生傾斜，為此，申請人對水平姿態(tài)爬樓機器人進行了研究。水平姿態(tài)爬樓機器人在水平且不易塌陷的支撐面上行走和爬行時，為了保持水平姿態(tài)，只要保證各腿抬升高度一致即可。但是機器人平臺上的重物不是均衡放置的，這就導(dǎo)致各腿對地面的壓力不同，且很多場合地面強度也不是均勻的，一旦某支腿對支撐面的壓力超出了其承受范圍就會導(dǎo)致支撐面塌陷從而引起平臺的傾斜。爬樓機器人的另外一個很重要的指標(biāo)是能夠適應(yīng)不同類型樓梯的爬樓，這就要求該機器人具有自動識別和判斷樓梯的尺寸，在此基礎(chǔ)上自主決策采取合適的步長和抬升高度來執(zhí)行爬樓動作。因此，要使水平姿態(tài)爬樓機器人能夠在實際的復(fù)雜環(huán)境中仍然能夠達(dá)到預(yù)期的要求，必須實現(xiàn)前述兩項關(guān)鍵技術(shù)，基于此，申請人研制出了一種用于水平姿態(tài)爬樓機器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機構(gòu)。該機構(gòu)包括三大部分，分別為腿部感知機構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和腿升降智能控制系統(tǒng)，第一部分為腿部感知機構(gòu)，將微型力傳感器置于腿部機構(gòu)中，用于感知地面對機器人腿部的支撐力，從而判斷腿是否需要繼續(xù)下降以尋找穩(wěn)定支撐面，將光電位移傳感器置于腿部機構(gòu)前部，探測前方物體距腿部的距離，根據(jù)距離來執(zhí)行腿部的升降與停止；第二部分是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要是采集力傳感器與位移傳感器的信號，將信號處理后送入MCU ;第三部分是腿升降智能控制系統(tǒng)，分析測試系統(tǒng)傳輸過來的信號，根據(jù)編寫好的算法和規(guī)則對腿的升降動作做出控制。為了保證地面對腳的支撐力傳遞到傳感器，橡膠墊必須超出支撐座下表面，以使地面對腳部的擠壓能夠傳遞到底板，底板擠壓力感應(yīng)觸頭，最終將支撐力傳遞到采集系統(tǒng)。另外腿部不與地面接觸時，力傳感器不能輸出電信號，所以通過旋動螺栓使底板與支撐板間的彈簧安裝時呈受壓狀態(tài)。水平姿態(tài)爬樓機器人在任意時刻都應(yīng)該保持水平姿態(tài)，所以本發(fā)明選用伺服電動推桿作為執(zhí)行腿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于突破上述兩項關(guān)鍵技術(shù)難點，提供一套能夠自動感知、自動判斷與執(zhí)行的腿部智能升降機構(gòu)，使水平姿態(tài)爬樓機器人運行更具可靠性、智能化和柔性化，擴大了水平姿態(tài)爬樓機器人的使用范圍。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于爬樓機器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機構(gòu)，其特征在于，包括支撐座、力傳感器、測距傳感器、彈簧、彈簧壓板和信號采集和執(zhí)行機構(gòu)控制模塊，所述的信號采集和執(zhí)行機構(gòu)控制模塊包括電動推桿、電機驅(qū)動器、采集卡和STM32控制板卡，所述的電動推桿與支撐座連接，電動推桿由電機驅(qū)動，電機連接電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器通過RS232串口線與STM32控制板卡相連，采集卡的輸出端口與STM32控制板卡相連，輸入端口與力傳感器和測距傳感器相連，所述的力傳感器和測距傳感器設(shè)于支撐座內(nèi)，所述的彈簧壓板通過固定螺栓吊掛在支撐座上，彈簧壓板的上表面與支撐座的下表面皆設(shè)有沉頭孔，所述的彈簧穿在所述的固定螺栓上，彈簧的兩端嵌在所述的兩個沉頭孔中，彈簧呈壓縮狀態(tài)，力傳感器的觸頭設(shè)于彈簧壓板和支撐座之間。
[0005]優(yōu)選地，所述的測距傳感器通過螺紋連接固定在支撐座內(nèi)。
[0006]優(yōu)選地，所述的力傳感器通過固定板固定在支撐座內(nèi)。
[0007]優(yōu)選地，所述的支撐座的上方和側(cè)面開有孔，分別用于引出光電傳感器傳輸線和力傳感器傳輸線。
[0008]優(yōu)選地，所述的支撐座采用中空結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選地，所述的支撐座的底部固定連接防護板。
[0010]優(yōu)選地，所述的橡膠墊通過強力膠粘在彈簧壓板下側(cè)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0012]本發(fā)明適用于水平姿態(tài)爬樓行走機構(gòu)或機器人在樓梯類型不一、支撐面不平、支撐面易坍陷的場合下，自動識別判斷并自動做出調(diào)整，實現(xiàn)安全爬行和保持水平姿態(tài)的功能，使爬樓與行走更具柔性和智能化。采用本發(fā)明，爬樓機器人升降腿可以自動尋找穩(wěn)定支撐面，避免地面出現(xiàn)塌陷而對機器人以及負(fù)載造成嚴(yán)重破壞。通過腿前部的位移傳感器和相應(yīng)處理程序不僅可以適應(yīng)不同臺階高度的爬樓，而且可以根據(jù)所測位移進行爬樓與水平tx走間的切換，提尚效率。
【附圖說明】
[0013]圖1a為用于爬樓機器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖1b為圖1a中A-A剖面圖，圖1c為圖1a中B-B剖面圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的信號采集與執(zhí)行機構(gòu)控制模塊信息流程圖
[0016]圖3為用于爬樓機器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機構(gòu)應(yīng)用圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0018]實施例
[0019]如圖1a-1c所示，本發(fā)明的用于爬樓機器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機構(gòu)，包括支撐座1、測距傳感器2、彈簧壓板3、橡膠墊4、防護板5、力傳感器6、固定板8、電動推桿9、彈簧12和信號采集和執(zhí)行機構(gòu)控制模塊。如圖2所示，如圖2所示，所述的信號采集和執(zhí)行機構(gòu)控制模塊包括電動推桿、電機驅(qū)動器、采集卡和STM32控制板卡，所述的電動推桿通過銷釘與支撐座I連接，電動推桿由電機驅(qū)動，電機和電動推桿構(gòu)成推桿執(zhí)行機構(gòu)，電機連接電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器通過RS232串口線與STM32控制板卡相連，采集卡的輸出端口與STM32控制板卡相連，輸入端口與力傳感器6和測距傳感器2相連，所述的力傳感器6和測距傳感器2設(shè)于支撐座I內(nèi)，所述的彈簧壓板3通過固定螺栓吊掛在支撐座I上，力傳感器6的觸頭13設(shè)于彈簧壓板3和支撐座I之間，彈簧壓板3的上表面與支撐座I的下表面皆設(shè)有沉頭孔，所述的彈簧12穿在所述的固定螺栓上，彈簧12的兩端嵌在所述的兩個沉頭孔中