[发明专利]一种具备力和触觉传感功能的柔性机械手及传感器

说明书

一种具备力和触觉传感功能的柔性机械手及传感器，该柔性机械手包括弹性软囊和摄像机，所述弹性软囊内充有透明流体介质，所述弹性软囊包括层叠设置的透明弹性薄膜和力致变色膜，当所述弹性软囊接触到物体时，所述透明弹性薄膜和所述力致变色膜发生变形，所述力致变色膜在应力作用下产生接触位置的颜色变化，所述摄像机透过所述弹性软囊和所述透明流体介质获取在相应位置产生颜色变化的图像，其中，根据所述颜色变化确定接触位置的应力，进而确定所述物体的形状，所述柔性机械手根据所确定的物体形状进行物体抓取。本发明为机械手提供了一种触觉力和触觉感知反馈机制，尤其可以帮助机器人在视觉受限情况下建立对环境、被操作物的感知。

技术领域

本发明涉及机器人抓取技术，特别是涉及一种具备力和触觉传感功能的柔性机械手及传感器。

背景技术

视觉受限环境下的感知、抓取与操作一直是机器人领域的难点，却在特种机器人领域有极大的应用前景。在泥浆、石油等环境下，完全无法使用摄像机、激光雷达等光学设备条件下，触觉成为唯一的精确环境感知方式。在深水、洞穴、管道等环境下，光学设备视场受限且被浑浊悬浮物、灰尘等干扰，也难以最大限度发挥作用，触觉是最可靠的环境感知方式。在机械手抓取时，力和触觉传感的反馈为抓取行为的闭环控制提供了必要信息。

传统触觉传感器依靠光纤光栅、阵列柔性压阻或电容传感器等，价格昂贵易损坏，较难在各种工况下使用，对于形变较大的形状传感效果也不好。

一种触觉感知方案，平面的硅胶膜上有黑色的阵列点，硅胶膜周边有三种不同颜色led灯，当没有接触物体时，三种灯颜色混合为白色，当接触物体时，由于薄膜变形，向内突起的薄膜被相应方向led灯照射，因此颜色的改变被后面的相机成像，通过分析颜色能得到受力的变化，另外黑色的斑点位置的变化也被记录，通过分析斑点位置变化可得到接触物的形状。因为需要周边三种led灯掠射过硅胶膜，当无物体接触时不能出现光照不均匀，另外上面的标记黑点也要保证无接触时呈均匀阵列，因此要求硅胶膜必须完全平整，因此硅胶膜较厚硬度较大尺寸也较小，仅能对小物体或纹理进行检测。

另一种触觉机械手方案，采用颗粒聚集夹爪，夹爪由软体的外包覆球和内部的小颗粒组成，当夹持物体时，外包覆球形成物体表面的形状，这时抽干内部空气，内部小颗粒聚集后形状固定。通过外部激光扫描外包覆球的外形可以得到所抓取物体的形状。由于需要抓取后再取下物体，通过外部激光扫描获取物体表面信息，实际中并不实用，且检测周期较长，另外激光扫描成本较高。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种具备力和触觉传感功能的柔性机械手及传感器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具备力和触觉传感功能的柔性机械手，包括弹性软囊和摄像机，所述弹性软囊内充有透明流体介质，所述弹性软囊包括层叠设置的透明弹性薄膜和力致变色膜，当所述弹性软囊接触到物体时，所述透明弹性薄膜和所述力致变色膜发生变形，所述力致变色膜在应力作用下产生接触位置的颜色变化，所述摄像机透过所述弹性软囊和所述透明流体介质获取在相应位置产生颜色变化的图像，其中，根据所述颜色变化确定接触位置的应力，进而确定所述物体的形状，所述柔性机械手根据所确定的物体形状进行物体抓取。

所述弹性软囊包括内、中、外三层透明弹性薄膜、位于内层与中层透明薄膜之间的内层荧光膜、位于外层与中层透明薄膜之间的外层荧光膜，所述外层荧光膜的荧光材料较所述内层荧光膜的荧光材料更多，且二者颜色不同，当所述弹性软囊接触到物体时，所述透明弹性薄膜和内、外层荧光膜发生变形，所述内层荧光膜在接触位置的应力作用下产生细小裂纹，所述外层荧光膜的光透过所述细小裂纹并带来接触位置的颜色变化。