[发明专利]机器人用流体万向柔顺与力传感掌

说明书

本发明公开一种机器人用流体万向柔顺与力传感掌，包括电磁阀、控制腔体、压力传感器、温度传感器、传感掌单元，所述的控制腔体的上端与电磁阀连接，控制腔体的下端通过其内管道与传感掌单元连接，压力传感器位于控制腔体内壁上，所述的传感掌单元包括外橡胶层、应变感应层、金属加强层和内橡胶层，金属加强层与应变感应层贴合在一起之后，夹在内橡胶层与外橡胶层之间，所述的传感掌单元内腔填充有一定量的液体。本发明实现了交互过程中变阻尼缓冲、变刚度适应，解决了传统机器人用末端环境交互机构的大刚度、无阻尼交互所带来的冲击、非顺从问题，使得交互过程无冲击、柔顺。

技术领域

本发明属于工业生产技术领域，具体涉及一种机器人用流体万向柔顺与力传感掌。

背景技术

机器人末端执行器为直接与环境交互的机构，传统机构设计中其表现刚度大、末端几乎没有可控的缓冲器，从而与环境柔顺交互差，尤其在足式机器人中，在足式机器人高速跳跃奔跑中，足端与地面呈现高速碰撞，传统足端采用缓冲能力极弱的橡胶垫其缓冲柔顺性能远远不足；采用弹簧或弹性材料进行缓冲，其阻尼效果和弹簧工作状态极差容易造成弹簧失效，存在不可控弹簧环节，并且足端刚度、阻尼不可控；采用液压缸、伺服阀缓冲系统则系统复杂，对地面不是万向柔顺，对于要求末端轻量化、小型化难以满足，并且其感知多维力依然采用六维力传感器，进一步增加了系统的复杂性与成本，对于变刚度控制和阻尼控制算法复杂不易实现。

发明内容

针对以上问题本发明提出一种机器人用流体万向柔顺与力传感掌，实现其对环境万向柔顺适应性，满足足式机器人的足端刚度、阻尼可控要求，可大大增加其缓冲实际效果、六向力感知和温度梯度感知，实现对交互过程中的力感知、温度感知。

本发明所采取的技术如下：一种机器人用流体万向柔顺与力传感掌，包括电磁阀、控制腔体、压力传感器、温度传感器、传感掌单元，所述的控制腔体的上端与电磁阀连接，控制腔体的下端通过其内管道与传感掌单元连接，压力传感器位于控制腔体内壁上，所述的传感掌单元包括外橡胶层、应变感应层、金属加强层和内橡胶层，金属加强层与应变感应层贴合在一起之后，夹在内橡胶层与外橡胶层之间，所述的传感掌单元内腔填充有一定量的液体，应变感应层安装有温度传感器；当外部环境对传感掌单元产生力的作用，并对传感掌单元内腔的液体产生挤压作用，电磁阀不完全打开，传感掌单元内腔的液体则不会向外流出从而形成抵抗力，传感掌单元处于大刚度状态，若打开电磁阀，则传感掌单元内腔的液体向外流出，不形成抵抗力，传感掌单元处于小刚度状态；所述的电磁阀通过PWM信号控制，通过调整PWM信号的占空比实现电磁阀打开的时间，打开的时间越长，那么传感掌内腔的液体向外流出越多，传感掌单元变形越大，即刚度越小，最终通过控制PWM信号的占空比实现传感掌单元与外环境的变刚度交互，同等压力下液体流经的孔隙越小其产生的阻抗越大，通过调整电磁阀的开口大小即实现传感掌单元的液体以不同阻抗流出或流入，实现变阻抗交互控制。

本发明还具有如下技术特征：

1、所述的传感掌单元为立方体、环状或者球形。

2、所述的电磁阀为高速微型三位三通比例电磁阀，当高速微型三位三通比例电磁阀处于中间位的关死状态，传感掌单元内腔的流体无法流出，形成高压状态以抵抗作用力，呈现高刚度无阻尼状态，当传感掌单元与外界环境处于作用状态时，高速微型三位三通比例电磁阀开口向低压油口方向时，其开口量与输入电信号成比例关系，当传感掌单元与外界环境处于非作用状态，高速微型三位三通比例电磁阀开口向高压油口方向时，外部一定压力的液体通过内管道补充流入传感掌单元内腔，使得传感掌单元掌保持一定刚度状态。