[发明专利]柔性触觉传感装置及感测三维物体表面压触的方法

说明书

本发明涉及柔性触觉传感装置及感测三维物体表面压触的方法，柔性触觉传感装置用于三维物体表面，包括一维线形传感元件、测控电路以及计算模块。一维线形传感元件敷设在三维物体表面以感触压触力并将感测到的压触力转换为电信号。测控电路与所述一维线形传感元件相连以放大及A/D转换所述电信号。计算模块与所述测控电路相连，根据A/D转换后的电信号计算压触力大小及压触位置。本发明能以类似手套、袜子、紧身衣、皮囊等形式套装在诸如机器人之类的三维物体的外表面或内表面，从而能够以较低成本覆盖三维物体较大面积的复杂形状肢体。

技术领域

本发明涉及一种触觉传感装置，具体地说，是涉及一种用于三维物体表面的柔性触觉传感装置，本发明还涉及感测三维物体表面压触的方法。

背景技术

触觉传感器是仿人形机器人、智能假肢、智能穿戴设备、智能舒适设施(如智能沙发座椅/床)等获取接触信息不可缺少的手段。

以智能假肢手为例，根据触觉传感器提供的信息，智能假肢手可对目标物体进行可靠抓取，并可进一步感知它的大小、形状、轻重、软硬等物理特性，应用于智能假肢手的触觉传感器要求触觉传感器具有高度柔性和小型化，可以牢固贴服手指表面，这就意味着，有效的安装方式对触觉传感器的可靠性同样有着至关重要的作用。

以仿人形机器人来说，目前的机器人触觉传感通常是在身体关键部位设置有少量力传感器，尚未有便于较大面积连续覆盖机器人肢体表面的机器触觉传感器出现，且，目前该领域的主要研究方向集中在解决单点或局部压力/温度传感检测等解决方案上，例如申请号为“201210193314.9”的中国发明专利申请、申请该为“201310756674”的中国发明专利申请等。而针对触觉、温觉作用位置的传感检测尚未有合适的解决方案。目前，虽有多种利用柔性电路传感的解决方案，但通常都是采用可以弯曲的弹性薄膜电路方式，这些薄膜电路仍然不容易拉伸，因此只能断续覆盖机器人局部表面，覆盖面积也仍然不大。其难点在于：1、机器人肢体表面通常是复杂的曲面，传统方法制作的电路难以适应连续弯曲的表面，且传感层需要高弹性，对各种电路材料及芯片工艺要求高；2、在传感层覆盖面积较大、检测点密集分布的场景下，传统的矩阵式扫描等方法将导致巨量且分散的薄膜引出导线，实施难度大，尚未有用较经济的方法制造出的可以检测出触压作用位置的传感装置出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于三维物体表面的柔性触觉传感装置，该种柔性触觉传感装置能以类似手套、袜子、紧身衣、皮囊等形式套装在诸如机器人之类的三维物体的外表面或内表面，从而能够以较低成本覆盖三维物体较大面积的复杂形状肢体。

为了解决上述技术问题，本发明的用于三维物体表面的柔性触觉传感装置，包括一维线形传感元件、测控电路以及计算模块。一维线形传感元件敷设在三维物体表面以感触压触力并将感测到的压触力转换为电信号。测控电路与所述一维线形传感元件相连以放大及A/D转换所述电信号。计算模块与所述测控电路相连，根据A/D转换后的电信号计算压触力大小及压触位置。

上述的用于三维物体表面的柔性触觉传感装置，其中，所述一维线形传感元件包括柔性套体以及设置于所述柔性套体内的压力波传导件。

上述的用于三维物体表面的柔性触觉传感装置，其中，所述柔性套体为柔性波导管，所述压力波传导件为充满于柔性波导管内部的液体。

上述的用于三维物体表面的柔性触觉传感装置，其中，所述液体为植物油、矿物油、水或防冻液。

上述的用于三维物体表面的柔性触觉传感装置，其中，所述一维线形传感元件还包括分别连接在所述柔性套体的两端的第一检测传感器和第二检测传感器。

上述的用于三维物体表面的柔性触觉传感装置，其中，所述一维线形传感元件还包括多个设置在所述柔性套体上的检测传感器。

本发明进一步提供一种感测三维物体表面压触的方法，通过上述的柔性触觉传感装置进行感测，包括如下步骤：