[发明专利]一种基于指点杆的多通道触觉传感器及相应的控制方法

说明书

本发明公开了一种基于指点杆的多通道触觉传感器，涉及机器人工程领域，通过集成多个指点杆来实现多通道触觉传感器，包括多个指点杆、连接指点杆的母板以及外置无线收发器，其中指点杆和母板通过间距为一毫米的八管脚FPC卡座连接，母板的主控芯片并通过片多路选择器选择要通信的一个指点杆，主控芯片将这些数据按预定格式打包，并通过无线模块nRF24L01+发送到上位机，上位机负责后续的信号处理，其中基于指点杆的多通道触觉传感器可以最多连接八个指点杆，最大支持十六个自由度，通信周期可以控制在一百毫秒以内，应用场合广泛，可用于多自由度控制手柄的设计、机器人末端抓手的设计等。

技术领域

本发明涉及一种多通道触觉传感器，具体涉及基于指点杆的多通道触觉传感器。

背景技术

触觉是自然界多数生物从外界环境获取信息的重要形式之一，广义的触觉是指接触、压迫、滑动、温度、湿度等的综合，而狭义的触觉则单指接触面上的力觉，其严谨的概念包括接触觉、压觉和滑觉。触觉对于虚拟现实技术中临场感程度和交互性具有十分重要的现实意义。

触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器。其研究始于上世纪七十年代，在四十多年的发展历程中，国内外的科研人员在传感器工作机理的研究、敏感材料的开发、传感器的结构设计、触觉图像的处理等多方面都做了大量的工作，并取得了巨大的成就。触觉传感器按功能可分为接触觉传感器、力—力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。

现阶段工业机器人的挑战主要集中在交互性、协作性和安全性等方面。让机械臂如何感知周围的环境是应对这些挑战的关键。而触觉或者力传感器是让机器人从重复劳作进化到有一定自主性的不可或缺的部分。传统的触觉或者力传感器多是两通道或者3通道的，而在机器人面对复杂非结构化的坏境时，这时远远不够的。因此开发一种低成本、高可扩展性的多通道触觉传感器是非常有必要的。

美国专利申请号为5,521,596，发明名称为“Analog input device located inthe primary typing area of a keyboard(位于键盘主要打字区的模拟输入装置)”，提出一种鼠标控制技术，该技术通过感受手指施加的力量转化为鼠标坐标的输出，它的力传感器件是应变片，可以识别两个相互正交方向的力的大小，但是该装置只有两个通道，即x,y通道。虽然在鼠标应用中取得成功，但是无法应用到通道要求更高的工业机器人领域。

Daniel M.Vogt等人在《IEEE Sensors Journal》,2013,13(10)公开了一篇文献“Design and characterization of a soft multi-axis force sensor using embeddedmicrofluidic channels(使用嵌入式微流管道的软体多轴力传感器的设计)”。文中利用微流管道导电特性设计了一个三轴软体力传感器，并且还研究了各设计参数对传感器效果的影响，但是这样的设计存在输出通道少、输出范围小、技术应用不成熟等缺点。

U.Kim等人在《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》，2016,PP(99)公开了一篇文献“A novel six-axis force/torque sensor for robotic applications(应用在机器人领域的一种新型六轴力/力矩传感器)”里设计了一种基于电容变化的六轴力/力矩传感器，该设计具有结构紧凑、成本低廉等优点，但是它的输出范围小、可扩展性差、信号通道之间串扰大等缺点限制了它的大范围应用。

因此，本领域技术人员致力于寻找一种高性价比的解决方案，构建一种结构简单、实用性强、可扩展性强、信号通道串扰小的可应用于机器人上的多通道多维度触觉传感器，以此来实现高分辨率，高度灵活，可以无限的自由定制的工业机器人，例如典型的力控制设备等。

发明内容