[发明专利]一种高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法

说明书

本发明提供一种分辨率高、性能稳定、制作工艺简单的高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法。高分辨率触觉传感器包括柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板；柔性导电层的两侧分别为作用面和接触面；接触面为平面结构，用于与外界交互以接受触觉事件；作用面与电容型指纹传感器的传感面贴合连接，且作用面上均匀分布有若干凸起，所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合，且贴合面积与压力值成比例；印制电路板与电容型指纹传感器电气连接，用于获取电容型指纹传感器输出的灰度图像信号。本发明借助电容型指纹传感器可以做到在很短的延时下得到高分辨率的接触图像，并且避免了复杂的布线和外部电路。

技术领域

本发明涉及触觉传感领域，具体地涉及一种高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法。

背景技术

触觉传感器目前逐渐受到重视，其可在健康监视、人机交互、机器人智能控制等领域发挥重要作用。尤其在机械手操纵控制中，触觉传感器能提供丰富的接触力信息，对于机械手的灵巧操控至关重要。但是，目前触觉传感器在机器人上的应用还处于探索阶段，可能的原因如下：

(1)稳定性不足，容易损坏。大部分触觉传感器在使用过程中需要频繁经受不同大小的外界载荷，如果本身设计不够稳定，极易损坏。

(2)复杂的布线和外部电路。为了采集到的更丰富的触觉信息，触觉传感器需要更高的分辨率。可是更高的分辨率带来十分日趋复杂的布线，外部的数据读取电路同样也是难点。

(3)繁杂的制备工艺和昂贵的造价。随着触觉传感器对性能的要求越来越高，制造的工艺也日趋复杂，随之而来的是昂贵的售价。

现有技术利用视触觉、霍尔传感等原理，试图得到稳定可靠、性能优异、制作工艺较为简单的针对机器人领域的触觉传感器。例如，MIT研发的GelSight传感器利用相机拍摄接触表面的形貌来实现触觉传感。它由覆盖有反射蒙皮的透明弹性体、相机和内部LED光源组成，可以通过光度立体算法对接触表面的形貌进行重建。在透明弹性体中加上黑色的标记后，还可以通过分析标记的移动规律来判断表面接触力的类型。然而，由于使用了摄像头和自带的光源，GelSight传感器的缺点在于体积相对庞大，将其集成到机械手之间部分存在难度。

因此，亟需提供一种基于电容型指纹传感器的高分辨率触觉传感器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种分辨率高、性能稳定且制作工艺简单的基于电容型指纹传感器的高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种高分辨率触觉传感器，其包括柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板；

所述柔性导电层的两侧分别为作用面和接触面；所述接触面为平面结构，用于与外界交互以接受触觉事件；所述作用面朝向电容型指纹传感器的传感面，且作用面上均匀分布有若干凸起，所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合，且贴合面积与压力值成比例；所述印制电路板与电容型指纹传感器电气连接，用于获取所述电容型指纹传感器输出的灰度图像信号。

作为优选，所述柔性导电层采用柔性导电硅胶制成。

作为优选，所述柔性导电层作用面上的凸起结构均为半球形，所有凸起呈正交阵列排布。

作为优选，所述高分辨率触觉传感器还包括名义压力值转换模块；所述名义压力值转换模块用于统计所述灰度图像中有效接触点的个数；所述有效接触点为灰度图像中传感面与所述凸起接触处产生的像素点，并以接触面受压前后的有效接触点个数变化量表征接触面受到的名义压力值。

进一步的，所述高分辨率触觉传感器还包括实际压力值转换模块；所述实际压力值转换模块中设有名义压力值与实际压力值的转换方程，用于将接触面受到的名义压力值转换为实际压力值。