[发明专利]组合式触觉传感器

说明书

本发明属于光学和机电传感器技术领域，国际分类号为GO1L或GO6K（IPC第四版）。

该传感器主要由压电敏感层、压光敏感层和触觉图象光纤传输系统三大部分组成，装备有该传感器的机器人手爪在抓握物体时，可以通过该传感器获取接触觉、滑觉和接触图象等信息。

和本发明相关的技术有：触觉传感器、光学传感器、机电传感器，国际分类号分别是GO1D5，GO1L，B25J，GO6K和HO1.（IPC第四版）

在中国专利局文献馆检索到的与本发明技术相近的专利是

（1）U.S.Pat.4306148，1981年12月1日批准，专利名称为：“触觉传感器”，国际分类号为GO1D5/34。

（2）DE3428980A1，1985年3月28日批准，专利名称为“光学触觉传感器”，国际分类号为GO1L13/02。

在中国检索到的文献和本发明技术相近的文献是：

（1）K.Tanie，K.Komoriya，M.Kaneko，S.Tachi，and  A.Fujikanwa，Ahigh  resolution  tactile  sensor，in  4th  lnt.Conf.on  Robot  Vision  and  Sensory  Controls，E.Pugh，Ed.（London，UK，Oct.1984）

（2）D.H.Mott，M.H.Lee，and  H.R.Nicholls，An  experimental  very  high  resolution  tactile  sensor  array，in  4th  lnt.Conf.Robot  Vision  and  Sensory  Controls，E.Pugh，Ed.（London，UK，Oct.1984）.

（3）R.M.White  and  A.A.King，Tactile  array  for  robotics  employing  a  rubbery  skin  and  a  solid  state  optical  sensor，lnt.Conf.of  Solid  State  Sensors  and  Actuators（Philadelphia，PA，June，1985）

（4）  S.Begej，Planar  and  finger-shaped  optial  tactile  sensors，1EEE  Journal  of  Robotics  an  Aautomation，Vol.4，No.5  Oct.1988.）

现有相近技术的各种光学触觉传感器和本发明相比，还有以下明显不足：

1.采用光电三极管分立元件组成的阵列，使提高光学触觉传感器阵列密度受到限制。

2.摄象装置置于传感器本体中，使传感器体积增大，成本增高，易损性增大。

3.图象光缆入端以离散点阵列形式直接贴近触觉敏感面，不通过光学成象系统成象，因此提高触觉阵列密度也受到限制。

4.一幅触觉图象通过一根传象光缆给一个摄象装置，使得成本增高。

5.现有光学触觉传感器的接触觉、滑觉功能不完善，反应不灵敏，不迅速。

6.结构尺寸不够小巧。

本发明的目的是采用新型材料和元器件，利用新方法提高触觉传感器的性能指标，降低成本，缩小传感器的结构尺寸。

本发明采用以下方案来实现其发明目的。

组合式触觉传感器主要由压电敏感层、压光敏感层、触觉图象光纤传输系统三大部分组成。压电敏感层主要完成接触觉和滑觉信号的获取工作;压光敏感层主要完成触觉图象的获取工作;触觉图象光纤传输系统主要完成触觉图象的缩小并传输到一定距离以外的光电转换装置，如CCD摄象装置。

1.压电敏感层由表面为微粒结构的硅橡胶保护层和PVDF压电薄膜构成。信号取自压电薄膜的下表面，压电薄膜的外表面接地，以便起到屏蔽作用。

当压电敏感层接触物体时，通过PVDF压电薄膜进行力电转换得到接触觉信号，压电薄膜的工作方式为利用横向压电效应，以便得到很高的灵敏度和较好的力灵敏度阈值。

当被接触物体在压电敏感层上滑动时，橡胶粗糙表面的微粒将引起颤振，因此带动压电薄膜振动，此时压电薄膜的输出信号为滑动觉信号。处理和识别这时一信号并及时反馈给机器人手爪控制系统可以适时地改变机器人手抓的握力。