，彈簧12呈壓縮狀態(tài)，使得彈簧壓板3在未受到來自地面的支撐力的情況下不會(huì)與力傳感器6的觸頭13接觸而輸出電信號(hào)。
[0020]所述的測(cè)距傳感器2通過螺紋連接固定在支撐座I內(nèi)。所述的力傳感器6通過固定板8固定在支撐座I內(nèi)。所述的支撐座I的上方和側(cè)面開有孔，分別用于引出光電傳感器傳輸線10和力傳感器傳輸線7。所述的支撐座I采用鋁材材質(zhì)，采用中空結(jié)構(gòu)，減輕重量。所述的支撐座I的底部固定用螺釘連接防護(hù)板5，防護(hù)板5用于覆蓋所述的中空部分，所述防護(hù)板5采用薄型鈑金件，通過螺釘覆蓋在支撐件底部，防止雜物進(jìn)入。所述的橡膠墊4通過強(qiáng)力膠粘在彈簧壓板3下側(cè)，橡膠墊4采用防震橡膠墊快，裝配后，比支撐座高2_。所述的力傳感器6為接觸式傳感器。
[0021]采用東華大學(xué)某爬樓平臺(tái)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖3a所示，將所述的用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)替換傳統(tǒng)的爬樓機(jī)器人的腿部機(jī)構(gòu)，所述的爬樓機(jī)器人包括上板和下板，上板和下板可相對(duì)前后移動(dòng)，所述的上板連接四套用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，下板連接兩套用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，所述的電動(dòng)推桿作為爬行機(jī)器人的腿。所述的采集卡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和STM32控制板卡安裝在爬行機(jī)器人上。
[0022]如圖3a和3b，爬樓機(jī)器人下板連接的兩套用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)的電動(dòng)推桿開始抬升，在抬升到一個(gè)階梯高度前，該電動(dòng)推桿所連接的支撐座內(nèi)的測(cè)距傳感器檢測(cè)到前方距離在設(shè)定的范圍內(nèi)，所述STM32控制板卡根據(jù)傳感器信號(hào)向相應(yīng)的電動(dòng)推桿的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送繼續(xù)抬升的信號(hào)，當(dāng)該測(cè)距傳感器檢測(cè)到前方距離超出設(shè)定范圍時(shí)，所述STM32控制板卡根據(jù)傳感器信號(hào)向相應(yīng)的電動(dòng)推桿的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送停止抬升的信號(hào)，然后如圖3c所示，下板相對(duì)于上板移動(dòng)。如圖3d所示，當(dāng)下板連接的用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)的前電動(dòng)推桿踏上第一階臺(tái)階后，下板相對(duì)于上板移動(dòng)停止，下板連接的兩套智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)的電動(dòng)推桿開始向下伸長(zhǎng)尋求支撐面，然后換上板連接的四套用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)的電動(dòng)推桿抬升，執(zhí)行與下板相似的動(dòng)作，如此反復(fù)，即可實(shí)現(xiàn)爬樓動(dòng)作。將第一階臺(tái)階換成一彈性可壓縮的臺(tái)階面來模擬支撐面塌陷情況。用原爬樓平臺(tái)執(zhí)行如圖3d所示的動(dòng)作時(shí)，由于第一階臺(tái)階面不斷的下陷而使工作臺(tái)面失去水平姿態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)平臺(tái)的傾覆。改用本發(fā)明后，在第一階臺(tái)階上的電動(dòng)推桿向下尋求支撐面時(shí)，臺(tái)階面不斷下陷，所述力傳感器感受到的力一直在明顯變化，這種變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳送到STM32控制板卡，STM32控制板卡發(fā)出指令，該電動(dòng)推桿繼續(xù)以某一下降速度下降尋求可靠支撐面，但所述力傳感器感受到的力不變化時(shí)，STM32控制板卡發(fā)出停止下降的指令，換上板連接的四套用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)的電動(dòng)推桿抬升，之后如圖3e所示，上板相對(duì)于下板向前移動(dòng)，如圖3f所示，上板所連接的電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)爬樓動(dòng)作。
[0023]安裝本發(fā)明的腿部機(jī)構(gòu)，在調(diào)試階段，可以在不同的支撐面上做實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)，比如泥路等支撐面上，對(duì)于特定的支撐面，通過調(diào)試收集支撐面受力與塌陷速度的關(guān)系，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)修正STM32控制板卡的速度執(zhí)行程序，可以提高水平狀態(tài)爬樓機(jī)器人執(zhí)行的可靠性和準(zhǔn)確性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括支撐座(I)、力傳感器￠)、測(cè)距傳感器(2)、彈簧(12)、彈簧壓板(3)和信號(hào)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊，所述的信號(hào)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊包括電動(dòng)推桿、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、采集卡和STM32控制板卡，所述的電動(dòng)推桿與支撐座⑴連接，電動(dòng)推桿由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(cè)距傳感器(2)相連，所述的力傳感器(6)和測(cè)距傳感器(2)設(shè)于支撐座⑴內(nèi)，所述的彈簧壓板(3)通過固定螺栓吊掛在支撐座⑴上，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(gè)沉頭孔中，彈簧(12)呈壓縮狀態(tài)，力傳感器￠)的觸頭(13)設(shè)于彈簧壓板(3)和支撐座⑴之間。2.如權(quán)利要求1所述的用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的測(cè)距傳感器(2)通過螺紋連接固定在支撐座(I)內(nèi)。3.如權(quán)利要求1所述的用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的力傳感器(6)通過固定板(8)固定在支撐座(I)內(nèi)。4.如權(quán)利要求1所述的用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的支撐座(I)的上方和側(cè)面開有孔，分別用于引出光電傳感器傳輸線(10)和力傳感器傳輸線⑵。5.如權(quán)利要求1所述的用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的支撐座(I)采用中空結(jié)構(gòu)。6.如權(quán)利要求1所述的用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的支撐座(I)的底部固定連接防護(hù)板(5)。7.如權(quán)利要求1所述的用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的橡膠墊(4)通過強(qiáng)力膠粘在彈簧壓板(3)下側(cè)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于爬樓機(jī)器人的智能感知與執(zhí)行的腿部機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括支撐座、力傳感器、測(cè)距傳感器、彈簧、彈簧壓板和信號(hào)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊，所述的信號(hào)采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模塊包括電動(dòng)推桿、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、采集卡和STM32控制板卡，所述的電動(dòng)推桿與支撐座連接，電動(dòng)推桿由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(cè)距傳感器相連。本發(fā)明適用于水平姿態(tài)爬樓行走機(jī)構(gòu)或機(jī)器人在樓梯類型不一、支撐面不平、支撐面易坍陷的場(chǎng)合下，自動(dòng)識(shí)別判斷并自動(dòng)做出調(diào)整，實(shí)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。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號(hào)】CN105182836
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510225490
【發(fā)明人】朱慶云, 周其洪, 馬曉建, 陶程杰, 余勇平, 孫書行, 吳愛冬, 袁晨旺
【申請(qǐng)人】東華大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日