基于摩擦发电机的触觉传感器及机器人触觉感知系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于摩擦发电机的触觉传感器及机器人触觉感知系统，该触觉传感器包括：至少一个摩擦发电机；其中，摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极层；其中，摩擦发电机相对的两个表面构成摩擦界面，当外力作用于摩擦发电机上时，摩擦界面相互摩擦，摩擦发电机输出与外力对应的压力电信号；第一电极层和第二电极层构成摩擦发电机的输出端。本实用新型专利技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器及机器人触觉感知系统，结构简单、灵敏度及精确度高。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及传感器
，具体涉及一种基于摩擦发电机的触觉传感器及机器人触觉感知系统。
技术介绍
机器人已广泛应用于工业生产并逐渐进入了人们的日常生活。传感器技术的发展和应用使机器人日趋智能化，逐渐具备了视觉、触觉和听觉能力。触觉能够使机器人准确获知物体的形状，大小等情况，从而确定适当的拾取力度，保证被拾取物体不被损坏，也确保机器人自身的安全。现有技术的机器人大多基于压力传感器、压电元件、接触电极等实现触觉感知，但这些传感器存在结构复杂，灵敏度低，精确度低等不足，对于外力改变时有较大的非线性、输出的信号也较弱。因此，基于此类压力传感器、压电元件、接触电极的机器人在触觉反应方面会存在反应慢、判断失误等情况。
技术实现思路
本技术的专利技术目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于摩擦发电机的触觉传感器及机器人触觉感知系统，用于解决现有技术中的传感器结构复杂，灵敏度低，精确度低等问题。根据本技术的一个方面，提供了一种基于摩擦发电机的触觉传感器，包括：至少一个摩擦发电机；其中，摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极层；其中，摩擦发电机相对的两个表面构成摩擦界面，当外力作用于摩擦发电机上时，摩擦界面相互摩擦，摩擦发电机输出与外力对应的压力电信号；第一电极层和第二电极层构成摩擦发电机的输出端。进一步，还包括：至少一个微动加强层，设置在摩擦发电机内部不构成摩擦界面的两个表面之间，用于加强摩擦发电机在感应外力作用时所输出的压力电信号。进一步，第一高分子聚合物绝缘层与第二电极层相对的两个表面构成摩擦界面；微动加强层设置在第一电极层和第一高分子聚合物绝缘层之间。进一步，摩擦发电机还包括：第二高分子聚合物绝缘层；第二高分子聚合物绝缘层设置在第一高分子聚合物绝缘层和第二电极层之间；其中，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层相对的两个表面构成摩擦界面；微动加强层设置在第一电极层与第一高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在第二高分子聚合物绝缘层与第二电极层之间。进一步，摩擦发电机还包括：第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层；第二高分子聚合物绝缘层层叠设置在第二电极层上，居间薄膜层设置在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间；其中，第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层、和/或居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层相对的两个表面构成摩擦界面；微动加强层设置在第一电极层与第一高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层之间；和/或，设置在居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在第二高分子聚合物绝缘层与第二电极层之间。进一步，摩擦发电机还包括：第二高分子聚合物绝缘层和居间电极层；第二高分子聚合物绝缘层层叠设置在第二电极层上，居间电极层设置在第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间；其中，第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层、和/或居间电极层与第二高分子聚合物绝缘层相对的两个表面构成摩擦界面，第一电极层和第二电极层相连后与居间电极层构成摩擦发电机的输出端；微动加强层设置在第一电极层与第一高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层之间；和/或，设置在居间电极
层与第二高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在第二高分子聚合物绝缘层与第二电极层之间。进一步，第一电极层、第一高分子聚合物绝缘层、第二高分子聚合物绝缘层、第二电极层、居间薄膜层、居间电极层均为柔性材料。进一步，构成摩擦界面的两个表面中的至少一个面上设有凸起阵列。进一步，凸起阵列为菱形排布。进一步，微动加强层为平板结构或为阵列开设有几何形状通孔的镂空结构。进一步，微动加强层的材料为塑料或橡胶。进一步，多个摩擦发电机以并联和/或串联的方式连接，其中，多个并联和/或串联方式连接的摩擦发电机通过平铺方式和/或层叠方式设置。进一步，还包括：在摩擦发电机外围依次层叠包覆的绝缘层、屏蔽层和保护层；其中，绝缘层，用于防止摩擦发电机与屏蔽层相互接触，减少压力电信号的损耗；屏蔽层，用于屏蔽外界电磁干扰，以保护摩擦发电机输出的压力电信号；保护层，用于密封保护摩擦发电机，防止摩擦发电机在外力作用下受到损伤。根据本技术的另一个方面，提供了一种机器人触觉感知系统，包括上述的触觉传感器，还包括：信号采集模块、中央控制模块和电源模块；其中，触觉传感器用于感应作用在其上的外力，输出与外力对应的压力电信号；信号采集模块与触觉传感器相连，用于采集处理触觉传感器输出的压力电信号；中央控制模块与信号采集模块相连，用于根据信号采集模块输出的压力电信号，调节系统操作；电源模块与信号采集模块相连，用于为信号采集模块供电。进一步，还包括开关模块；其中，开关模块分别与信号采集模块和电源模块相连，用于控制电源模块为信号采集模块供电。进一步，信号采集模块包括：放大电路、整流电路、滤波电路和模数转换电路；其中，放大电路与触觉传感器相连，用于放大触觉传感器输出的压力电信号；整流电路与放大电路相连，用于将放大电路输出的放大后的压力
电信号进行整流处理；滤波电路与整流电路相连，用于滤除整流电路输出的压力电信号中的干扰杂波；模数转换电路与滤波电路相连，用于将滤波电路输出的模拟压力电信号转换为数字压力电信号。进一步，中央控制模块进一步用于：根据信号采集模块输出的压力电信号进行力度调节和/或方向角度调节。进一步，电源模块为储能元件或通过电缆与外部电源连接的电转换模块。进一步，机器人触觉感知系统包括多个触觉传感器；多个触觉传感器以阵列形式排列，形成M行N列的触觉传感器阵列，每行的触觉传感器所包括的摩擦发电机的一个输出端彼此相互连接，组成行输出端；每列的触觉传感器所包括的摩擦发电机的另一个输出端彼此相互连接，组成列输出端；用于当外力作用与触觉传感器时，输出压力电信号。进一步，触觉传感器设置在机器人与物体直接接触的表面。进一步，机器人与物体直接接触的表面为机器人的手、手臂、脚、腿部、头部、胸部、和/或背部。根据本技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器及机器人触觉感知系统，摩擦发电机在外力作用下发生形变，输出对应的压力电信号，进一步，机器人触觉感知系统的中央控制模块根据处理后的压力电信号，进行力度和/或方向角度的调节。基于摩擦发电机的触觉传感器及机器人触觉感知系统结构简单、灵敏度及精确度高。附图说明图1为本技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器实施例一的一结构示意图；图2为本技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器实施例一的另一结构示意图；图3a为本技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器实施例一的一信号输出数据图；图3b为本技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器实施例一的另一
信号输出数据图；图4为本技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器实施例二的结构示意图；图5为本技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器实施例三的结构示意图；图6为本技术提供的基于摩擦发电机的触觉传感器实施例四的结构示意图；图7a为本技术提供的机器人触觉感知系统一实施例的功能框图；图7b为本技术提供的机器人触觉感知系统另一实施例的功能框图；图8为图7a和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，包括：至少一个摩擦发电机；其中，所述摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极层；其中，所述摩擦发电机相对的两个表面构成摩擦界面，当外力作用于所述摩擦发电机上时，所述摩擦界面相互摩擦，所述摩擦发电机输出与所述外力对应的压力电信号；所述第一电极层和所述第二电极层构成所述摩擦发电机的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，包括：至少一个摩擦发电机；其中，所述摩擦发电机包括：依次层叠设置的第一电极层，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极层；其中，所述摩擦发电机相对的两个表面构成摩擦界面，当外力作用于所述摩擦发电机上时，所述摩擦界面相互摩擦，所述摩擦发电机输出与所述外力对应的压力电信号；所述第一电极层和所述第二电极层构成所述摩擦发电机的输出端。2.根据权利要求1所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，还包括：至少一个微动加强层，设置在所述摩擦发电机内部不构成摩擦界面的两个表面之间，用于加强所述摩擦发电机在感应外力作用时所输出的压力电信号。3.根据权利要求2所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二电极层相对的两个表面构成所述摩擦界面；所述微动加强层设置在所述第一电极层和所述第一高分子聚合物绝缘层之间。4.根据权利要求2所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，所述摩擦发电机还包括：第二高分子聚合物绝缘层；所述第二高分子聚合物绝缘层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二电极层之间；其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层相对的两个表面构成所述摩擦界面；所述微动加强层设置在所述第一电极层与所述第一高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在所述第二高分子聚合物绝缘层与所述第二电极层之间。5.根据权利要求2所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，所述摩擦发电机还包括：第二高分子聚合物绝缘层和居间薄膜层；所述第二高分子聚合物绝缘层层叠设置在所述第二电极层上，所述居间薄膜层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间；其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述居间薄膜层、和/或所述居间薄膜层与所 述第二高分子聚合物绝缘层相对的两个表面构成所述摩擦界面；所述微动加强层设置在所述第一电极层与所述第一高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在所述第一高分子聚合物绝缘层与所述居间薄膜层之间；和/或，设置在所述居间薄膜层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在所述第二高分子聚合物绝缘层与所述第二电极层之间。6.根据权利要求2所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，所述摩擦发电机还包括：第二高分子聚合物绝缘层和居间电极层；所述第二高分子聚合物绝缘层层叠设置在所述第二电极层上，所述居间电极层设置在所述第一高分子聚合物绝缘层和所述第二高分子聚合物绝缘层之间；其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述居间电极层、和/或所述居间电极层与所述第二高分子聚合物绝缘层相对的两个表面构成所述摩擦界面，所述第一电极层和所述第二电极层相连后与所述居间电极层构成所述摩擦发电机的输出端；所述微动加强层设置在所述第一电极层与所述第一高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在所述第一高分子聚合物绝缘层与所述居间电极层之间；和/或，设置在所述居间电极层与所述第二高分子聚合物绝缘层之间；和/或，设置在所述第二高分子聚合物绝缘层与所述第二电极层之间。7.根据权利要求1-3任一项所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，所述第一电极层、所述第一高分子聚合物绝缘层、所述第二电极层、均为柔性材料。8.根据权利要求4所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，所述第一电极层、所述第一高分子聚合物绝缘层、所述第二高分子聚合物绝缘层、所述第二电极层为柔性材料。9.根据权利要求5所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，所述第一电极层、所述第一高分子聚合物绝缘层、所述第二高分子聚合物绝缘层、所述第二电极层、所述居间薄膜层为柔性材料。10.根据权利要求6所述的基于摩擦发电机的触觉传感器，其特征在于，所述第一电极层、所述第一高分子聚合物绝缘层、所述第二高分子聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐传毅，王珊，孙利佳，
申请(专利权)人：纳智源科技唐山有限责任公司，
类型：新型
国别省市：河北;13