[发明专利]一种曲面柔性触觉传感器阵列的三维标定装置

说明书

技术领域

本发明属于传感器应用领域，特别涉及一种曲面柔性触觉传感器阵列的标定装置，应用于三维曲面形状的三维力标定。

背景技术

柔性触觉传感器阵列是机器人皮肤研究的热点之一，此类传感器阵列具有和人类皮肤类似的感知能力，是一类高精度、高分辨率、高速响应且能测量大面积触觉信息的传感器。柔性触觉传感器阵列，尤其是空间曲面形状的大面积、高密度点阵式的传感器阵列，在检测领域中有重要和不可替代的用途。此类传感器的出现，大大的推动了阵列式传感器的应用。

典型的阵列传感器产品，如美国的Tekscan公司推出的压力分布测试系统，广泛应用于多领域的压力分布测试与分析。国内如中国科学院合肥智能机械研究所研制的人工皮肤，采用基于导电橡胶的柔性材料制作了三维柔性触觉传感器阵列。此外，国内外其他相关的研究如基于电容、PVDF、光波导等技术研制的机器人三维力触觉传感器阵列等等，也已经取得了一定的成果。此类柔性触觉传感器阵列采用柔性敏感材料制作而成，可以弯曲成各种非平面形状，适用于非平面的触觉信息的测量，在如机器人柔性敏感手指、机器人腕部受力信息的测量、以及内窥镜检查等各种领域内得到广泛的应用。

由于工艺、生产流程的原因，基于各种柔性材料制作的触觉传感器阵列，阵列各不同部分由于生产流程、制作工艺、制作技术的非同一性，同一个传感器阵列的不同部分的特性也会出现非均一性。尤其当柔性触觉传感器被应用在非平面形状的场合，其测量的误差更大。上述这些弊端使得传感器测量的数据和实际受力之间存在误差，这些都将最终会影响整个检测系统的准确性和精确性，给曲面大规模三维触觉传感器阵列的广泛应用带来极大的困难。

由于上述的触觉传感器阵列设计制作过程中存在的问题，对触觉传感器阵列的广泛应用带来的不利，因此需要对传感器进行标定。但是目前尚很少有对曲面的触觉传感器阵列的标定平台，对这种大规模柔性触觉传感器阵列的三维标定装置则更加少见。因此目前迫切需要一种能对曲面触觉传感器阵列进行三维标定的装置。并且为了更加准确、方便、快速的标定，这种标定装置系应具有高度的智能化和自动化。

在现有技术中有多维传感器的标定装置，公开号为CN101109670A的“三向力传感器标定装置”和公开号为CN101281073A的“一种力学传感器阵列标定装置及其工作方法”的专利文件和本发明专利接近。经检索查新，其中公开号为CN101281073A的专利是最接近的专利，它公布了一种阵列力学传感器的标定装置，并给出一种可行的标定方法。但是该专利文件提到的标定装置和标定方法存在不足，其一，该标定装置的标定阵列平台是平面的，不能对曲面形状的柔性传感器阵列进行标定；其二，该标定装置仅能对压力信息进行标定，不能对三维触觉传感器阵列的触觉信息进行标定；其三，该标定装置的标定平台采用机械式限位器对传感器矩阵的范围进行限定，由于定位装置是开环的控制，被标定传感器阵列单元的定位精度不高。总之，使用该标定装置无法实现对曲面的柔性触觉传感器阵列进行三维标定。针对上文提出来的使用空间形状柔性三维触觉传感器阵列过程中具体使用的要求，以及现有技术在此类标定装置中的不足，本发明专利提出了一种曲面柔性触觉传感器阵列的三维标定装置。本发明提出的标定装置，可对空间曲面柔性触觉传感器阵列进行标定，且可以进行柔性触觉传感器的三维触觉信息的标定。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出的标定装置，不但适用于空间曲面柔性三维触觉传感器阵列的标定，以及平面型柔性单维/三维的触觉传感器阵列的标定，也适用于刚体的单维/三维触觉传感器阵列的标定，亦可用作单一触觉传感器进行标定测试。

本发明的技术方案是：一种三维柔性触觉传感器阵列标定装置，包括三坐标导轨机器人、三维力加载机构、阵列平台以及与其电连接的控制部分；所述三坐标导轨机器人包括X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨；所述X轴导轨通过调节连接块安装在支座上，燕尾导向槽通过导向连接法兰在X轴导轨上运行，产生X轴向位移；导向槽通过 Y轴法兰在Y轴导轨上运动产生Y轴向位移； Z轴导向槽在Z轴导轨上运动产生Z轴向位移；所述三维力加载机构通过并联机构安装法兰安装在Z轴导轨下端，三维力加载机构包括并联机构和三维力检测部件，三维力检测部件安装于并联机构操作末端；所述阵列平台包括触觉传感器阵列和传感器安装平台，所述触觉传感器阵列安装在传感器安装平台上。

所述并联机构包括动平台和静平台，两者分别通过短连杆和长连杆连接在导轨上，导轨固定在并联机构安装法兰上。