[实用新型]一种基于螺旋线的分布电容式柔性触觉传感阵列

说明书

技术领域

本实用新型涉及柔性触觉传感阵列，尤其是涉及一种基于螺旋线的分布电容式柔性触觉传感阵列。

背景技术

生机电一体化的人工假肢相比于传统假肢，其主要特点是在机电一体化的基础上加入了与生物的具有高度相容的特点，不仅仅能实现传统假肢的功能，而且能让假肢能成为截至患者身体的一部分，使人工假肢具有与外界很好的交互能力，实现假肢的感知功能。感知功能包括触觉、温度感知、痛觉等等。其中触觉是人体与外界环境接触时的重要感觉，是多种感觉的综合，包括轻微触觉、静态力、滑觉等丰富的感知信息。把触觉信息进行准确的还原，让人工假肢具有“感觉”，这将是人体运动功能重建的一大进步。 此外，随着机器人技术的发展，对人工触觉的需求越来越强烈，如能在机器人上实现触觉的重现，将能大大提高机器人的智能化程度。目前实现机器人的触觉感知主要是通过触觉敏感构件来识别目标物体或对象的多种物理信息，如接触力的大小、柔软性、硬度、弹性、粗糙度、材质等。柔性触觉传感阵列已成为智能机器人触觉传感技术领域新的研究热点，具有感知功能的机器人柔性触觉敏感皮肤可以增强其在各种环境下完成精细、复杂作业的能力，提高机器人系统的作业水平和智能化水平，对高级服务机器人、空间机器人以及危险环境下的精密操作微驱动机器人等都将产生重要的影响。

但是相比于人体的皮肤，目前的柔性触觉传感阵列绝大部分只能弯曲，但不能延展。要使触觉传感阵列能很好地安装在人工假肢或者机器人的非规则曲面上，必须要同时具备可弯曲和可延展的特性。因此，设计一种新型的柔性触觉传感阵列迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于螺旋线的电容分布式柔性触觉传感阵列，具有高度的柔性和可延展性。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型由M行×N列结构相同的触觉传感单元构成，M和N均大≥2，每个触觉传感单元从下至上依次由下层螺旋线层、上层螺旋线层和表面凸起贴合而成；上层螺旋线层和下层螺旋线层均由平行的两根表面绕有铜螺旋线的PDMS线串接而成，上层螺旋线层和下层螺旋线层的PDMS线呈正交布置；且在每个触觉传感单元中形成四个交叉区域，每个交叉区域形成一个电容极板区域；表面凸起的形状为四棱锥台。

所述铜螺旋线在每个电容极板区域的螺距等于铜螺旋线的直径，铜螺旋线在电容极板区域之外区域的螺距等于三倍铜螺旋线的直径。

所述下层螺旋线层、上层螺旋线层和表面凸起的材料均为PDMS柔性材料。

本实用新型具有的有益效果是：

(1)基于能使触觉传感阵列更好地布置在非规则曲面上的理念，本实用新型选择了分立式的触觉传感单元，每个触觉传感单元用柔性PDMS相连接的布置形式。这样的网状阵列结构能极大地提高触觉传感阵列的柔性和可延展性。

(2)本触觉传感阵列把导线设计成螺旋状地缠绕在柔性PDMS线上，即使PDMS线被拉伸金属导线也不会因为变形过大而断裂；而且通过对导线缠绕在PDMS线上的密度调节，在传感单元内提高缠绕密度形成敏感电容，在非触觉敏感区域降低缠绕密度以提高柔性，兼顾了传感阵列的性能和柔性、可延展性。

(3)铜螺旋线的交叉点区域形成电容，四个电容对应一个表面凸起，这样的设计能使触觉传感阵列具有三维力检测的能力。

(4)整个触觉传感阵列除了铜导线，只使用了PDMS柔性材料，能尽可能地提高传感阵列的柔性。

本实用新型可在具有非规则曲面的机器人手、人工假肢、手术机械手等领域中推广应用。

附图说明

图1是本实用新型整体结构立体图。

图2是本实用新型触觉传感单元拆分立体图。

图3是本实用新型PDMS线和铜螺旋线连接图。

图中：1、触觉传感单元，2、表面凸起，3、上层螺旋线层，4、下层螺旋线层，5、铜螺旋线，6、PDMS线，7、电容极板区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本实用新型由M行×N列结构相同的触觉传感单元1构成，M和N均大≥2，图1中为4×4个，每个触觉传感单元1从下至上依次由下层螺旋线层4、上层螺旋线层3和表面凸起2贴合而成；上层螺旋线层3和下层螺旋线层4均由平行的两根表面绕有铜螺旋线5的PDMS线6串接而成，上层螺旋线层3和下层螺旋线层4的PDMS线6呈正交对称布置；且在每个触觉传感单元1中形成四个交叉区域，每个交叉区域形成一个电容极板区域7；表面凸起2的形状为四棱锥台。