[发明专利]一种双足机器人足底受力状态检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种双足机器人足底受力状态检测系统及方法，包括双足机器人脚底，竖直方向力检测模块，水平方向力检测模块以及信号处理电路。竖直方向力检测模块采集所述的双足机器人脚底沿竖直方向上的受力状态数据，所述的水平方向力检测模块采集所述的双足机器人脚底沿水平方向上的受力状态数据，所述的信号处理电路负责处理所述的竖直方向力检测模块以及所述的水平方向力检测模块所产生的数据。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种双足机器人足底受力状态检测系统及方法。

背景技术

当双足机器人在行走过程中，需要实时获取双足机器人足底的受力状况，以此避免机器人发生倾覆或者摔倒。双足机器人步行时，脚底会受到两种类型的力，一种为竖直方向力，一种为水平方向力。其中，前者为重力与冲击力的合力，后者来源主要为摩擦力。这两种力将会影响机器人的步行稳定性。其中，依据机器人脚底竖直方向力的分布可以计算出脚底的零力矩点，依据水平方向力的分布可以计算出脚底零力矩点处的等效摩擦力矩。

目前，要测量双足机器人脚底的足底的受力状况大都需要使用六维力/力矩传感器，然而这种传感器售价昂贵且安装不便。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种双足机器人足底受力状态检测系统及方法。

本发明目的是通过以下技术方案来实现的：一种双足机器人足底受力状态检测系统，包括双足机器人脚底、竖直方向力检测模块、水平方向力检测模块以及信号处理电路；竖直方向力检测模块采集双足机器人脚底沿竖直方向上的受力状态数据；水平方向力检测模块采集双足机器人脚底沿水平方向上的受力状态数据；信号处理电路负责处理竖直方向力检测模块以及水平方向力检测模块所产生的数据。

进一步地，竖直方向力检测模块包括阵列式压阻薄膜压力传感器；所述阵列式压阻薄膜压力传感器具有m行n列共m×n个传感器单元。

进一步地，水平方向力检测模块包括水平方向力测量单元块、薄膜压力传感器；水平方向力测量单元块的外形为长方体；双足机器人脚底设置有凹腔，水平方向力测量单元块部分嵌入凹腔，水平方向力测量单元块的高度不小于凹腔的深度；凹腔的四个内壁分别设置一个薄膜压力传感器，薄膜压力传感器设置在水平方向力测量单元块与凹腔之间；双足机器人脚底至少设置一个水平方向力检测模块；所有水平方向力检测模块内设置的薄膜压力传感器组成一个s行4列的水平方向薄膜传感器阵列，s为水平方向力检测模块的数量。

进一步地，所述信号处理电路包括竖直方向力检测模块驱动电路、水平方向力检测模块驱动电路以及数据处理电路；竖直方向力检模块驱动电路、水平方向力检测模块驱动电路分别连接数据处理电路。

进一步地，数据处理电路用于将竖直方向力检测模块驱动电路以及水平方向力检测模块驱动电路产生的模拟信号进行滤波、模数转换并输出给单片机或者微处理器进行运算。

进一步地，竖直方向力检测模块驱动电路包括n选一多路选择器、m选一多路选择器、m个电阻以及m个运算放大器；n选一多路选择器的n个通道分别与阵列式压阻薄膜压力传感器的n列连接；n选一多路选择器的共同接线端与电源VCC连接；m个运算放大器的反相输入端分别与阵列式压阻薄膜压力传感器的m行，其同相输入端分别与地相连，其输出端分别与m选一多路选择器的m个通道相连，m个电阻的一端分别与m个运算放大器的反相输入端连接，另一端分别与m个运算放大器的输出端连接，m选一多路选择器的共同接线端与数据处理电路连接。

进一步地，水平方向力检测模块驱动电路包括4选1多路选择器，s选1多路选择器，s个电阻，s个运算放大器，4选一多路选择器的4个通道分别与阵列式压阻薄膜压力传感器的4列连接，其共同接线端与电源VDD连接；s个运算放大器的反相输入端分别与水平方向薄膜传感器阵列的s行，其同相输入端分别与地相连，其输出端分别与s选一多路选择器的s个通道相连，s个电阻的一端分别与s个运算放大器的反相输入端连接，另一端分别与s个运算放大器的输出端连接，s选一多路选择器的共同接线端与数据处理电路连接。