触觉传感器及使用触觉传感器的感测方法技术

本发明专利技术涉及传感器领域，公开了一种触觉传感器及使用触觉传感器的感测方法，其中该触觉传感器包括：仿生触须，设置在摩擦发电机表面，用于在感测到待测目标的情况下产生形变，并将该形变传递至所述摩擦发电机；摩擦发电机，用于基于所述仿生触须传递的形变输出电信号；检测装置，与所述摩擦发电机电连接，用于检测所述摩擦发电机输出的电信号；以及处理装置，与所述检测装置电连接，用于接收所检测到的电信号并根据该电信号获得待测目标的相关信息。通过本发明专利技术上述的触觉传感器及感测方法，无需外部电源就可以实现对待测目标的感测，且具有低成本、高性能和高灵敏度的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器领域，具体地，涉及一种触觉传感器及使用触觉传感器的感测方法。
技术介绍
触觉传感器已经在航天、军事、医疗、工业检测、抢险和水下监测等领域具有广泛的应用和迫切的需求。此类触觉传感器可以不受工作环境的限制而工作在黑暗、灰尘、泥泞、浓雾、水下等恶劣环境中，因此具有宽广的应用前景。现有技术中已有的触觉传感器按传感原理基本上可以分为：压阻式、压电式、光电式、和电容式。但这些传感器的共同点是工作时必须需要外界电源对其提供传感所需电能，这成为制约他们广泛应用的一个重要条件。因此，需要开发一种能够实现自供电的触觉传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种触觉传感器及使用触觉传感器的感测方法，以解决现有技术中的传感器必须附加外部电源的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供一种触觉传感器，其中，该触觉传感器包括：仿生触须，设置在摩擦发电机表面，用于在感测到待测目标的情况下产生形变，并将该形变传递至所述摩擦发电机；摩擦发电机，用于基于所述仿生触须传递的形变输出电信号；检测装置，与所述摩擦发电机电连接，用于检测所述摩擦发电机输出的电信号；以及处理装置，与所述检测装置电连接，用于接收所检测到的电信号并根据该电信号获得待测目标的相关信息。本专利技术还提供一种使用触觉传感器的感测方法，其中，该方法包括：所
述触觉传感器的仿生触须在感测到待测目标的情况下产生形变，并将该形变传递至摩擦发电机；所述触觉传感器的所述摩擦发电机基于所述仿生触须传递的形变输出电信号；所述触觉传感器的检测装置检测所述摩擦发电机输出的电信号；以及所述触觉传感器的处理装置接收所检测到的电信号并根据该电信号获得待测目标的相关信息。通过上述技术方案，所述触觉传感器的仿生触须将其在感测到待测目标的情况下产生形变传递至摩擦发电机，所述触觉传感器的所述摩擦发电机基于所述形变输出电信号，所述触觉传感器的检测装置检测所述摩擦发电机输出的电信号，而所述触觉传感器的处理装置接收所检测到的电信号并根据该电信号获得待测目标的相关信息。由此，无需外部电源就可以实现对待测目标的感测，且具有低成本、高性能和高灵敏度的优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是根据本专利技术一种实施方式的触觉传感器的结构示意图；图2是根据本专利技术一种实施方式的触觉传感器的摩擦发电机的结构示意图；图3是根据本专利技术一种实施方式的触觉传感器的工作原理图；图4A和4B是根据本专利技术一种实施方式的触觉传感器对平板和小孔的识别结果示意图；图5A至5D是根据本专利技术一种实施方式的触觉传感器对字母的识别结果示意图；以及图6是根据本专利技术一种实施方式的使用触觉传感器的感测方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。图1是根据本专利技术一种实施方式的触觉传感器的结构示意图。如图1所示，本专利技术实施方式提供的一种触觉传感器包括：仿生触须10，设置在摩擦发电机20表面，用于在感测到待测目标的情况下产生形变，并将该形变传递至所述摩擦发电机20；摩擦发电机20，用于基于所述仿生触须10传递的形变输出电信号；检测装置30，与所述摩擦发电机20电连接，用于检测所述摩擦发电机20输出的电信号；以及处理装置40，与所述检测装置30电连接，用于接收所检测到的电信号并根据该电信号获得待测目标的相关信息。通过上述实施方式，所述触觉传感器的仿生触须将其在感测到待测目标的情况下产生形变传递至摩擦发电机，所述触觉传感器的所述摩擦发电机基于所述形变输出电信号，所述触觉传感器的检测装置检测所述摩擦发电机输出的电信号，而所述触觉传感器的处理装置接收所检测到的电信号并根据该电信号获得待测目标的相关信息。由此，无需外部电源就可以实现对待测目标的感测，即便是处于恶劣环境下工作且具有低成本、高性能和高灵敏度的优点。其中，检测装置30可以为能够检测电压信号的装置。所述待测目标的相关信息包括所述待测目标的表面结构、尺寸和三维形貌。图2是根据本专利技术一种实施方式的触觉传感器的摩擦发电机的结构示意
图。如图2所示，所述摩擦发电机20包括基底201、第一摩擦层202、第一导电元件203、第二摩擦层204和第二导电元件205，其中，所述基底201用于支撑所述第一摩擦层202；所述第一导电元件203设置在所述第一摩擦层202和所述基底201之间并与所述第一摩擦层202和所述基底201接触；所述第二导电元件205(例如，可以固定在所述第二摩擦层204上方)设置在所述第二摩擦层204上方并与所述第二摩擦层204接触；在所述仿生触须10没有感测到待测目标时所述第一摩擦层202与所述第二摩擦层204之间存在预定间隙；在所述仿生触须10感测到待测目标时所述第一摩擦层与202所述第二摩擦层204相互接触和分离，并通过所述第一导电元件203和所述第二导电元件205输出所述电信号。其中，所述仿生触须10垂直固定于所述摩擦发电机表面(即，任何可以带动摩擦发电机产生形变的位置)。优选地，所述仿生触须10垂直固定于所述摩擦发电机表面的中央位置。所述摩擦发电机20是基于摩擦起电和静电效应耦合的摩擦发电机，且该摩擦发电机20的所述第一摩擦层202和所述第二摩擦层204相对的表面的材料之间具有摩擦电极序差异，从而使得二者在发生接触摩擦的过程中能够产生接触电荷。根据本专利技术的一种实施方式，所述第一导电元件203和所述第二导电元件205通过导线206连接至检测装置30。根据本专利技术一种实施方式，所述第一摩擦层202保持静止状态，而所述第二摩擦层204在所述仿生触须10感测到待测目标时产生形变。根据本专利技术一种实施方式，所述仿生触须10的材料为弹性材料，即，能够在一定形变下产生弯曲的材料。例如，可以为块体的金属、非金属和纳米线等等，优选为塑料(如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA)。更具体地，仿生触须10可以优选采用玻璃丝。根据本专利技术一种实施方式，所述仿生触须10的长度与直径比的范围为20至140，优选为70。仿生触须10的直径量级范围为纳米到毫米，优选为微米量级。仿生触须10的长度量级为微米到毫米，优选为毫米量级。根据本专利技术一种实施方式，所述仿生触须10的长度可以为10毫米，而所述仿生触须10的直径可以为200微米。可替换地，所述仿生触须10的长度还可以为12毫米，而所述仿生触须10的直径还可以为250微米。根据本专利技术一种实施方式，所述第一摩擦层202和所述第二摩擦层204的材料为可形变的金属或塑料，优选为塑料薄膜；所述基底201的材料为金属或非金属，优选为亚克力板(例如，厚度可以为3毫米)；所述第一摩擦层202与所述第二摩擦层204之间的预定间隙的范围为20微米到1毫米，优选为500微米。根据本专利技术一种实施方式，所述第一摩擦层202、所述第一导电元件203和所述第二导电元件205为磁控溅射的铜膜，所述第二摩擦层204为聚四氟乙烯(PTFE)膜。根据本专利技术一种实施方式，所述摩擦发电机20的有效发电面积处于零到正无穷的范围内。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触觉传感器，其中，该触觉传感器包括：仿生触须，设置在摩擦发电机表面，用于在感测到待测目标的情况下产生形变，并将该形变传递至所述摩擦发电机；摩擦发电机，用于基于所述仿生触须传递的形变输出电信号；检测装置，与所述摩擦发电机电连接，用于检测所述摩擦发电机输出的电信号；以及处理装置，与所述检测装置电连接，用于接收所检测到的电信号并根据该电信号获得待测目标的相关信息。

【技术特征摘要】
1.一种触觉传感器，其中，该触觉传感器包括：仿生触须，设置在摩擦发电机表面，用于在感测到待测目标的情况下产生形变，并将该形变传递至所述摩擦发电机；摩擦发电机，用于基于所述仿生触须传递的形变输出电信号；检测装置，与所述摩擦发电机电连接，用于检测所述摩擦发电机输出的电信号；以及处理装置，与所述检测装置电连接，用于接收所检测到的电信号并根据该电信号获得待测目标的相关信息。2.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述摩擦发电机包括基底、第一摩擦层、第一导电元件、第二摩擦层和第二导电元件，其中，所述基底用于支撑所述第一摩擦层；所述第一导电元件设置在所述第一摩擦层和所述基底之间并与所述第一摩擦层和所述基底接触；所述第二导电元件设置在所述第二摩擦层上方并与所述第二摩擦层接触；所述第一摩擦层与所述第二摩擦层相对的表面的材料具有摩擦电极序差异；在所述仿生触须没有感测到待测目标时所述第一摩擦层与所述第二摩擦层之间存在预定间隙；在所述仿生触须感测到待测目标时所述第一摩擦层与所述第二摩擦层相互接触和分离，并通过所述第一导电元件和所述第二导电元件输出所述电信号。3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述第一摩擦层保持静止状态，而所述第二摩擦层在所述仿生触须感测到待测目标时产生形变。4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的传感器，其中，所述仿生触须的材料为弹性材料。5.根据权利要求4所述的传感器，其中，所述仿生触须的长度与直径比的范围为20至140。6.根据权利要求5所述的传感器，其中，所述仿生触须的长度为10毫米，而所述仿生触须的直径为200微米。7.根据权利要求2-6中任一项权利要求所述的传感器，其中，所述第一摩擦层与所述第二摩擦层之间的预定间隙的范围为20微米到1毫米。8.根据权利要求2-7中任一项权利要求所述的传感器，其中，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层的材料为可形变的金属或塑料，所述基底的材料为金属或非金属。9.根据权利要求8所述的传感器，其中，所述第一摩擦层、所述第一导电元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，于爱芳，陈立博，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11