一种可检测三维力的多功能仿生手指制造技术

本发明专利技术公开了一种可检测三维力的多功能仿生手指，包括指骨，指骨的前段由手指外皮包裹，并形成空腔；所述的指骨的后段由保护壳包裹；所述的指骨内部安装有通道；通道以及空腔内部充满填充介质；通道与压力传感器一端相连；压力传感器另一端与信号处理电路相连；信号处理电路上端连接外部通信电路，信号处理电路下端连接敏感元件信号传输电路；敏感元件信号传输电路的前段设置有电极以及温度敏感元件；所述的手指外皮的外部设置有仿生纹路；本发明专利技术仿生手指同时对温度、微振动、三维力等环境信息的感知，实时获取目标物体的形状、受力状态等物理特性，对实现机器人稳定、可控的抓握物体，对提高机器人的操作灵巧性具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多功能仿生手指，具体讲一种可检测三维力的多功能仿生手指。技术背景机器人灵巧操作是服务机器人顺利完成任务的关键技术之一，实时获取目标物体的温度、形状、材质、受力状态等物理特性，对稳定、可控的抓握物体，实现机器人灵巧操作十分重要。仿生手指可模拟人的触觉实时获取环境信息，目前存在的仿生手指已能检测温度、接触力大小、微振动等物理信息，实现了对目标物体的温度、材质、受力大小等参数的实时采集，但由于尚未能实现三维力的检测，无法获取物体的受力方向，因此，现有的仿生手指不能对所触碰物体的轮廓形状进行实时判断，无法确定物体与仿生手指的相对位置及姿态实时关系，机器人难以完成精确、可靠、稳定、高效的灵巧操作，尤其当目标物体为未知形态时，即操作环境为非结构化环境时，甚至无法完成操作任务；例如，在采用灵巧手抓握物体时，目前的仿生手指一般通过对目标物体进行标定来确定具体的抓握方式，该方式不仅需要大量的标定工作，而且当抓握对象为未知目标物体或目标物体姿态发生变化超出标定范围时，由于无法获取物体的形状特征，机器人无法确定抓握姿态、抓握力大小及抓握接触点位置等参数，导致抓握不稳定或失败。而在实际的机器人操作过程中，目标物体往往是未知且动态变化的，为此，提供一种可检测三维力的多功能仿生手指十分必要。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种可检测三维力的多功能仿生手指，能够指可同时采集压力、温度和填充介质的阻抗等信号，经信号处理电路处理后能同时感知微振动、环境温度、三维力等环境信息，还可以对物体的材质进行识别，可模拟人类触觉，对实现机器人稳定、可控的抓握物体具有重要意义。本专利技术是这样实现的，本专利技术提供了一种可检测三维力的多功能仿生手指，包括指骨，所述的指骨的前段由手指外皮包裹，并形成空腔；所述的指骨的后段由保护壳包裹；所述的指骨内部安装有通道；所述的通道以及空腔内部充满填充介质；所述的通道的前端与空腔内部的填充介质相通，所述的通道的后端与压力传感器一端相连；所述的压力传感器另一端与信号处理电路相连，连接于信号处理电路的中间部位；所述的信号处理电路上端连接有外部通信电路，所述的信号处理电路下端连接有敏感元件信号传输电路；所述的敏感元件信号传输电路安装在指骨的外表面，所述的敏感元件信号传输电路的前段设置有电极以及温度敏感元件。进一步，所述的仿生手指的外皮的上端设置有指甲盖。进一步，所述的指甲盖通过螺钉与外皮连接。进一步，所述手指外皮为柔性绝缘材料，柔性绝缘材料的使用优点在于：手指外皮可根据接触力的位置和大小变化产生相应的形变，进而使填充介质的压力及分布状态产生相应的变化，而其绝缘特性保护了手指内部不受外部静电等的干扰，同时避免其对填充介质的阻抗检测产生影响。进一步，所述的指骨为刚性绝缘材料，刚性绝缘材料的使用使安装在指骨上的敏感元件信号传输电路保持固定形状，进而使电极以及温度敏感元件的相对空间位置保持不变，其绝缘特性避免了指骨对电极及敏感元件信号传输电路产生干扰。进一步，所述的填充介质为导电液体。进一步，所述的敏感元件信号传输电路以及外部通信电路为柔性电路板，以便使敏感元件信号传输电路贴在指骨上，使敏感元件信号传输电路上的电极以及温度敏感元件能根据指骨的形状保持固定空间相对位置，而外部通信电路则能在狭小空间内绕过信号处理电路与外部电路连接，避免了仿生手指体积过大。本专利技术还提供了一种可检测三维力的多功能仿生手指，所述的手指外皮的外部设置有仿生纹路。本专利技术相对于现有技术的有益效果在于：本专利技术的仿生手指通过触碰物体后，手指外皮发生形变，继而使得内部填充的介质的发生变化，再通过内部电路识别、处理，最终获得获取目标物体的三维力；同时通过内部安装的温度敏感元件，实现同时感知目标物体温度，进而获取目标物体的温度、形状、材质、受力状态等物理特性；本专利技术还可以通过设置在手指外皮外部的仿生纹路，识别出所触碰物体的材质；本专利技术的多功能仿生手指同时对温度、微振动、三维力等环境信息的感知，尤其是对三维力的感知，能实时获取目标物体的形状、受力状态等物理特性，对实现机器人稳定、可控的抓握物体，提高机器人的操作灵巧性具有重要意义。附图说明图1为本专利技术一种可检测三维力的多功能仿生手指的主视剖视图；图2为本专利技术一种可检测三维力的多功能仿生手指的去除手指外皮后的内核仰视图；图3为本专利技术一种可检测三维力的多功能仿生手指的带有仿生纹路的仰视图。其中，1-指骨，2-手指外皮，3-电极，4-填充介质，5-温度敏感元件，6-指甲盖，7-螺钉，8-通道，9-敏感元件信号传输电路，10-压力传感器，11-信号处理电路，12-外部通信电路，13-保护壳，14-仿生纹路。具体实施方式本专利技术提供一种可检测三维力的多功能仿生手指，为使本专利技术的技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1~2所示，本专利技术设计的一种可检测三维力的多功能仿生手指，包括：指骨1、手指外皮2、电极3、填充介质4、温度敏感元件5、指甲盖6、螺钉7、通道8、敏感元件信号传输电路9、压力传感器10、信号处理电路11、外部通信电路12、保护壳13、仿生纹路14。具体的连接关系为：指骨1的前段由手指外皮2包裹，并形成空腔，空腔内部充满填充介质4；所述的指骨1内部安装有通道8，通道8与所述的空腔相通，空腔内部充满所述填充介质4，所述的指骨1的后段由保护壳13包裹；所述的通道8在前端与空腔内部的填充介质4相通，所述的通道8的后端与压力传感器10一端相连；所述的压力传感器10另一端与信号处理电路11相连；压力传感器10以及信号处理电路11均设置在保护壳13内部。所述的信号处理电路11上端连接有外部通信电路12的一端，外部通信电路12的另一端设置在保护壳13的外部，所述的信号处理电路11下端与敏感元件信号传输电路9的一端相连接；如图2所示，敏感元件信号传输电路9安装在指骨1的外表面，所述的敏感元件信号传输电路9的前段，即敏感元件信号传输电路9另一端设置有电极3以及温度敏感元件5，其中温度敏感元件5位于仿生手指的指尖位置。所述的仿生手指的外皮2的上端设置有指甲盖6，指甲盖6通过螺钉7与手指外皮2连接，使得甲盖6压在所述手指外皮2上，所述的螺钉7上端与指甲盖6连接，螺钉7下端穿过手指外皮2，并与指骨1连接。所述的指骨1为刚性绝缘材料；所述手指外皮2为柔性绝缘材料；所述的填充介质4为导电液体；所述的敏感元件信号传输电路9以及外部通信电路12均为柔性电路板。如图3所示，所述的手指外皮2的外部设置有仿生纹路14。本专利技术的一种可检测三维力的多功能仿生手指的工作原理是：仿生手指触碰物体后，手指外皮2发生形变，使仿生手指内部填充介质4的分布和压力发生变化，于此同时，填充介质4的热能与所触碰的物体发生交换，使其温度也同时发生变化。分布的电极3采集填充介质4各点的阻抗，经敏感元件信号传输电路9送至信号处理电路11，由信号处理电路11解析处理后输出手指外皮2的形变特征及所受的三维力；压力传感器10采集填充介质4的压力，经信号处理电路11解析处理后输出仿生手指的受力大小；温度敏感元件5采集填充介质4的温度值。信号处理电路11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可检测三维力的多功能仿生手指，其特征在于，包括指骨（1），所述的指骨（1）的前段由手指外皮（2）包裹，并形成空腔；所述的指骨（1）的后段由保护壳（13）包裹；所述的指骨（1）内部安装有通道（8），所述的通道（8）以及空腔内部充满填充介质（4）；所述的通道（8）在前端与空腔内部的填充介质（4）相通，所述的通道（8）的后端与压力传感器（10）一端相连；所述的压力传感器（10）另一端与信号处理电路（11）相连；所述的信号处理电路（11）上端连接有外部通信电路（12），所述的信号处理电路（11）下端连接有敏感元件信号传输电路（9）；所述的敏感元件信号传输电路（9）安装在指骨（1）的外表面，所述的敏感元件信号传输电路（9）的前段设置有电极（3）以及温度敏感元件（5）。

【技术特征摘要】
1.一种可检测三维力的多功能仿生手指，其特征在于，包括指骨（1），所述的指骨（1）的前段由手指外皮（2）包裹，并形成空腔；所述的指骨（1）的后段由保护壳（13）包裹；所述的指骨（1）内部安装有通道（8），所述的通道（8）以及空腔内部充满填充介质（4）；所述的通道（8）在前端与空腔内部的填充介质（4）相通，所述的通道（8）的后端与压力传感器（10）一端相连；所述的压力传感器（10）另一端与信号处理电路（11）相连；所述的信号处理电路（11）上端连接有外部通信电路（12），所述的信号处理电路（11）下端连接有敏感元件信号传输电路（9）；所述的敏感元件信号传输电路（9）安装在指骨（1）的外表面，所述的敏感元件信号传输电路（9）的前段设置有电极（3）以及温度敏感元件（5）。2.根据权利要求1所述的可检测三维力的多功能仿生手指，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈萌，林飞，韩冬，陈金宝，刘虎林，戴宇航，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32