[发明专利]一种基于变压器原理的柔性触觉传感器及其柔性触觉检测系统

说明书

一种基于变压器原理的柔性触觉传感器及其柔性触觉检测系统，属于机器人传感器技术领域，本发明为解决现有电磁性触觉传感器受电磁干扰影响大，以及高灵敏度与大量程无法兼顾的问题。它包括从上至下依次设置的敏感层、信号转换层和电磁屏蔽层；敏感层包括弹性体和嵌入弹性体中间的敏感片；弹性体底部中间开有空腔，空腔内为倒圆锥结构，所述倒圆锥结构的锥体尖部与信号转换层接触，弹性体顶部为凸起半球结构；敏感片采用导磁敏感片或导电敏感片；信号转换层包括初级线圈、次级线圈和基底；初级线圈和次级线圈均包裹在基底内，初级线圈设置在下层，次级线圈设置在上层；电磁屏蔽层设置在信号转换层的底部。本发明用于机器人的设计与制造。

技术领域

本发明涉及一种基于变压器原理的柔性触觉传感器及其柔性触觉检测系统，属于机器人传感器技术领域。

背景技术

触觉作为人类的五大感官之一，在人类的生活、学习和工作中起到了关键的作用。对于机器人而言，触觉是实现它与外部环境直接作用的重要手段，相比于其它知觉形式，触觉能够使机器人感知目标物体的更多物理性能，例如表面形状、硬度、温度、湿度以及材质等等。因此，触觉传感器对于实现机器人的智能化至关重要，它可以帮助机器人识别目标物体，完成多种复杂的任务。

人类依靠手指的触觉既可以完成轻巧精细的操作，比如绣花、打针，也可以完成费力笨重的操作，比如搬运货物等，这是因为人类手指的触觉具备很高的灵敏度，而且量程还很大。最近公开的发明专利中，大部分触觉传感器有如下缺点：灵敏度高的传感器量程受到限制；量程大的传感器灵敏度却不高。在灵巧操作中，为了让机器人具备人类的操作能力，很有必要开发一种灵敏度高、量程大的新型触觉传感器。

发明内容

本发明目的是为了解决现有电磁性触觉传感器受电磁干扰影响大，以及高灵敏度与大量程无法兼顾的问题，提供了一种基于变压器原理的柔性触觉传感器及其柔性触觉检测系统。

本发明所述一种基于变压器原理的柔性触觉传感器，该传感器的传感单元包括从上至下依次设置的敏感层、信号转换层和电磁屏蔽层；

敏感层包括弹性体和嵌入弹性体中间的敏感片；弹性体底部中间开有空腔，空腔内为倒圆锥结构，所述倒圆锥结构的锥体尖部与信号转换层接触，弹性体顶部为凸起半球结构；敏感片采用导磁敏感片或导电敏感片；

信号转换层包括初级线圈、次级线圈和基底；初级线圈和次级线圈均包裹在基底内，初级线圈设置在下层，次级线圈设置在上层；

电磁屏蔽层设置在信号转换层的底部；

向初级线圈中输入正弦激励电压，次级线圈输出感应电压，当传感单元受到接触外力时，嵌入弹性体中的敏感片产生位移，敏感片产生的磁场由于位置的改变使得次级线圈周围的磁场发生改变，进而导致次级线圈输出的感应电压的幅值发生改变。

优选的，所述敏感层和信号转换层之间通过粘合剂粘贴。

优选的，传感单元以3×3构成传感器阵列，传感单元之间的间隔为5.3mm。

优选的，所述电磁屏蔽层采用导磁屏蔽片和导电屏蔽片构成双层电磁屏蔽片。

优选的，所述初级线圈、次级线圈和基底采用柔性电路板工艺制成柔性PCB。

本发明所述一种基于柔性触觉传感器的柔性触觉检测系统，该检测系统基于柔性触觉传感器实现，该检测系统包括柔性触觉传感器和数据采集系统；

所述数据采集系统包括激励源、信号处理模块和数据采集模块；

所述激励源包括波发生器和运算放大器，波发生器产生的激励信号经运算放大器输出至柔性触觉传感器的初级线圈；

所述信号处理模块包括运算放大器和峰值包络检波器，运算放大器将柔性触觉传感器次级线圈输出的感应电压放大后输出至峰值包络检波器，峰值包络检波器检测感应电压的幅值；