23、机械蛇形机器人Kulko的开发

机械蛇形机器人Kulko的开发

1. 机械蛇形机器人Kulko的结构

机械蛇形机器人Kulko的关节模块由上下半球形外壳组成，外壳拼接处在水平面。外壳两侧有狭缝，对应与相邻关节连接点的运动范围。为了让机器人表面更加光滑，可以在每个关节模块之间安装一个薄的空心圆柱体，例如由塑料材料制成，但在Kulko上未实施此方法。

2. 接触力测量系统

2.1 传感器系统的假设

Kulko的主要目标是在有垂直障碍物的水平表面上实现借助障碍物的运动。设计假设所有接触力都作用在关节侧面，而非顶部或底部，这影响了接触力传感器的布置。该设计主要提供与机器人宏观形状相关的接触力信息，不关注单个关节模块内接触力的具体位置。由于无法确定接触力相对于外壳的位置，因此近似认为接触力方向垂直于机器人宏观形状。

2.2 传感器系统设置

使用一组力传感电阻器（FSRs）来测量每个关节模块的外部接触力。FSR是一种聚合物厚膜器件，当作用在其有效表面积上的力增加时，电阻会减小。虽然FSR不适合精确测量，但对于蛇形机器人借助障碍物的运动来说，能检测接触力并大致评估其大小即可，且FSR成本低、易于使用，适合作为蛇形机器人的力传感器。

Kulko选用的FSR直径（有效传感器面积）为13mm。每个关节模块的每侧放置四个FSR，共八个，以测量水平接触力。在每个FSR上放置一个3mm厚的小棉垫，用于将施加的力分散到传感器的整个有效区域。关节的控制器板包含一组相同的分压器电路，用于测量FSR的电阻。

2.3 接触力的计算

FSR的力 - 电阻特性是非线性的，但电导（1/电阻）与施加的力之间存在近似线性关