[发明专利]一种电容式触滑觉传感器装置

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，更具体地说，它涉及一种用于智能机器人仿生皮肤的电容式触滑觉传感器装置。

技术背景

机器人触觉传感技术是实现智能机器人的关键技术之一，触觉传感器是机器人与环境直接作用的必须媒介，是模仿人手使之具有触觉、滑觉、热觉等感知功能。目前，国内外对智能机器人触觉的研究主要集中在力触觉方面，不断创新触觉力检测模型、优化力触觉算法在柔性、纹理复现装置上的应用，使得这些装置能够较好地再现虚拟场景物体的柔性、纹理力触觉特征，而对滑觉信息感知的研究仍较少。触滑觉检测是智能机器人实现软抓取的关键环节，触滑觉信息的可靠感知是智能机器人在复杂多元环境下完成预定抓取功能的可靠保障。常用的触滑觉传感器按其检测机理不同主要包括：压阻式、光纤式、压电式、磁敏式和电容式滑觉传感器等。

美国阿克伦大学的Vatani Morteza等人基于多壁碳纳米管/聚合物复合材料设计了一种压阻式滑触觉传感器，这类触滑觉传感器存在体积大、不易集成且压敏电阻漏电流不稳定等缺点。西安金和光学科技有限公司杜兵等人提了一种光纤式触滑觉传感装置，具有结构简单、设计合理及抗电磁干扰能力强等优点，然而光纤式滑觉传感器在两向力以上共同作用时，很难保持线性关系，且存在标定困难、精度难以提高等缺点。日本Shouhei Shirafuji等人将PVDF压电薄膜嵌入到弹性仿生皮肤中实现触滑觉信息感知，通过调节作用力大小实现软抓取功能。燕山大学的陈卫东等人提出了一种基于PVDF膜和光电原理的触滑觉传感器，可得到触觉、滑觉响应曲线，并确定了判定滑动信号的阈值。压电式滑触觉传感器的应用最为广泛，能同时检测滑觉信息与触觉信息，然而滑觉信息与触觉信息的分离存在一定难度，且压电式滑触觉传感器同时存在压电响应与热电响应。Yuriy P.Kondratenko等人介绍了一种磁敏式检测滑觉距离与振幅的结构模型，可磁敏式触觉传感器各触觉传感点一致性差，磁场分布不均，分辨率不易提高。

电容式触滑觉传感器因具有动态范围广，良好的线性度，动态响应快、结构简单等显著优点而得到广泛应用。智能机器人在抓取未知属性物体时，必须根据触滑触觉传感器检测信号实时调节施加夹持力的大小，既要保证不会因夹持力不足导致物体滑动又要保护物体不被损坏，即实现软抓取功能。为此，一种检测触滑觉信息且配合触觉传感器实现闭环控制系统的触滑觉传感器的研究显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种电容式触滑觉传感器，旨在解决智能机器人在软抓取过程中触滑觉信息的感知问题。本发明电容式触滑觉传感器具有结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且高灵敏度等优点。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明电容式触滑觉传感器装置，其特点在于：由一柔性基底和位于所述柔性基底正上方、且与所述柔性基底平行的柔性上基板构成传感器装置的框架，所述柔性基底与所述柔性上基板之间通过矩形体立柱支撑；在所述柔性上基板中心设置有一通孔；

在所述柔性基底上表面呈十字排布有四个彼此不接触的矩形体状柔性感应极板，在四个柔性感应极板的正上方间隔设置有一呈十字交叉状的柔性公共极板，所述柔性公共极板的四个伸出端分别与位于其下方的相应柔性感应极板构成平行板电容传感器；

在所述柔性公共极板中心贯穿有一圆柱形触杆，在所述圆柱形触杆的顶端设置有一防滑橡胶触头，所述防滑橡胶触头的中心位于所述圆柱形触杆的中轴线上；所述圆柱形触杆的底端固定于所述柔性基底的上表面且位于四个柔性感应极板的中心，防滑橡胶触头从所述柔性上基板的通孔的中心位置伸出且顶面突出于所述柔性上基板的上表面；所述圆柱形触杆及所述防滑橡胶触头与所述柔性上基板不接触；所述圆柱形触杆与四个柔性感应极板不接触；所述柔性公共极板的上表面与所述柔性上基板的下表面不接触。

目标对象与防滑橡胶触头发生相对滑动时，防滑橡胶触头在摩擦力作用下联动圆柱形触杆，从而带动柔性公共极板发生移动，使得柔性公共极板的四个伸出端与位于其下方的相应柔性感应极板构成的四个平行板电容传感器的等效面积发生变化，从而实现触滑觉信息的获取。

本发明电容式触滑觉传感器，其特点也在于：在所述电容式触滑觉传感器的四周外围包裹有一层由有机硅导电银胶制成的屏蔽层。