基于恒定电场的机器人触觉传感器及接触位置的检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于恒定电场的机器人触觉传感器及接触位置的检测方法，包括上下依次设置的上柔性层、网状隔层和下柔性层，所述上柔性层由绝缘面和导电面上下贴合组成，所述下柔性层由上下设置的导电层和绝缘层组成，所述导电层由内外依次套设的导电内圈、导电外圈和圈式电极组成；所述上柔性层的导电面与下柔性层的导电层分布与网状隔层的上下面贴合。本发明专利技术的有益效果在于：本发明专利技术为非阵列式触觉传感器，所采用的材料均具有柔性能够大面积地包覆在机器人表面来检测接触位置，具有结构简单，布线少，制作工艺简单，成本低，实时性能好等特点。

【技术实现步骤摘要】
基于恒定电场的机器人触觉传感器及接触位置的检测方法
本专利技术涉及传感
，尤其涉及一种基于恒定电场的机器人触觉传感器及接触位置的检测方法。
技术介绍
触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，研制满足要求的触觉传感器是机器人发展中的技术关键之一。触觉传感器可以遍布机器人全身，像人体皮肤一般感受到外界的温度、接触等感觉。触觉传感是人机交互中重要的定位手段还能够应用于汽车驾驶、医疗、生活机器人、人造假肢等领域。触觉传感器在安全物理人机交互过程中扮演着重要角色。借助触觉传感器，机器人可以精确地感知外界信息并做出相应的反应与保护措施。专利(CN106092382)专利技术了一种基于弹性体三维形变的触觉传感器。传感器主要包括弹性体、双目相机和照明光源；双目相机和照明光源均位于弹性体的上方，双目相机通过弹性体的形变采集到图像信息并求得接触力的大小，随后计算出接触力的方向及分布。专利(CN105758563)专利技术了一种基于电阻抗分布测量的单面电极柔性触觉传感器阵列。采用外形为一平面盘的单面电极阵列，大量的丝状电极安装在电极盘的一侧，垂直于电极盘成正方形拓扑阵列，电极安装完毕后用注射成型方法将导电橡胶均匀地灌注到电极节点框架中。在测量时基于电阻抗测量原理，获取传感器受到外界压力前后其电极阵列的电阻抗分布网络，以传感器受压前后电阻网络电导率变化值为目标重建一幅差分图像。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对以上不足之处，提供了一种基于恒定电场的机器人触觉传感器及接触位置的检测方法，用于检测接触位置，结构简单，成本低。本专利技术解决技术问题所采用的方案是：一种基于恒定电场的机器人触觉传感器，包括上下依次设置的上柔性层、网状隔层和下柔性层，所述上柔性层由第一绝缘面和第一导电面上下贴合组成，所述下柔性层包括上下贴合的第二导电面和第二绝缘面，所述第二导电面由内外设置的导电内圈和导电外圈组成，所述导电外圈外周侧还设有一圈式电极；所述第一绝缘面和第二绝缘面分别作为上柔性层和下柔性层的外表面，所述第一导电面和第二导电面分别作为上柔性层和下柔性层的内表面，并且所述第一导电面和第二导电面分别与网状隔层的上下面相贴合。进一步的，所述第一绝缘面和第二绝缘面的材质均为高分子薄膜基材，所述第一绝缘面的高分子薄膜基材上喷涂有一层带有特定导电率的导体介质，所述导体介质形成第一导电面；所述第二绝缘面的高分子薄膜基材上对应所述导电内圈、导电外圈和圈式电极的位置处分别设有导电率不同的第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质，所述第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质形成第二导电面。进一步的，所述第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质的导电率分别为A、B和C,其中C＞10A，A＞10B，并且A、B和C均＞0。进一步的，所述上柔性层与下柔性层的外表面分别贴附有一层粘弹性保护膜。本专利技术还通过一种根据上述所述的基于恒定电场的机器人触觉传感器的接触位置的检测方法，包括以下步骤：步骤S0：将触觉传感器穿戴于机器人上，在第二导电面的导电内圈幅面上建立平面XY坐标系；步骤S1：在第二导电面的圈式电极的一组对边的中点A+与A-施加一偏置直流电压Vcc，A+与A-位于X方向；步骤S2：按压触觉传感器中第一绝缘面的任一位置，使第一导电面和第二导电面接触，得到一接触点；步骤S3：将第一导电面作为接触点的引出线，连接至一信号采集器，获取电压值步骤S4：去除所第二导电面圈式电极对边A+与A-的偏置直流电压Vcc，把偏置直流电压Vcc施加到圈式电极的另一组对边的中点B+与B-，B+与B-位于Y方向；步骤S5：将第一导电面作为接触点的引出线，连接至所述信号采集器，获取电压值步骤S6：松开按压位置，并按照下式计算按压位置的接触坐标(x，y)：其中，V′x和V′y分别为在偏置直流电压Vcc作用下，第二导电面x方向和y方向上导电外圈与导电内圈交界处的电势差，分别为所述信号采集器采集到的接触点的电压值。lOP,lON分别为下导电层导电内圈x方向和y方向的长度。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：(1)本专利技术的传感器结构简单且布线少，信号提取与处理简单，最大程度上地减少了后期数据处理的压力，保证了传感器的实时性；(2)本专利技术非阵列式触觉传感器，所采用的材料均具有柔性，能够大面积地包覆在机器人表面来检测接触位置，满足人工皮肤柔性的要求，能够大面积覆盖在机器人体表，其结构尺寸不受限制，能够按实际需要制作；(3)制作流程简单，所需材料无特殊要求，能够在市面上直接购买到，成本大大降低。附图说明下面结合附图对本专利技术专利进一步说明。图1为本专利技术实施例的机器人触觉传感器的结构示意图；图2是本专利技术实施例的机器人触觉传感器受压时的结构截面图；图3是本专利技术实施例的机器人触觉传感器接触位置检测方法的X方向位置测量原理图。图4是本专利技术实施例的机器人触觉传感器接触位置检测方法的Y方向位置测量原理图。图5是本专利技术实施例触觉传感器接触位置检测方法的测量原理图。图中：1-绝缘面，11-上柔性层，22-下柔性层，2-导电面，3-网状隔层，4-导电面内圈，5-导电面外圈，6-圈式电极，7-绝缘层，t1-时间节点1，t2-时间节点2，XVcc-X方向上施加偏置直流电压正极，XGnd-X方向上施加偏置直流电压负极，YVCC-Y方向上施加偏置直流电压正极，YGnd-Y方向上施加偏置直流电压负极。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。如图1～2所示，本实施例的一种基于恒定电场的机器人触觉传感器，包括上下依次设置的上柔性层、网状隔层和下柔性层，所述上柔性层由第一绝缘面和第一导电面上下贴合组成，所述下柔性层包括上下贴合的第二导电面和第二绝缘面，所述第二导电面由内外设置的导电内圈和导电外圈组成，所述导电外圈外周侧还设有一圈式电极；所述第一绝缘面和第二绝缘面分别作为上柔性层和下柔性层的外表面，所述第一导电面和第二导电面分别作为上柔性层和下柔性层的内表面，并且所述第一导电面和第二导电面分别与网状隔层的上下面相贴合。从上述可知，本专利技术的有益效果在于：本专利技术为非阵列式触觉传感器，能够大面积地包覆在机器人表面来检测接触位置，结构尺寸不受限制，能够按实际需要制作。第一导电面和第二导电面上均连接有引出线。在本实施例中，所述第一绝缘面和第二绝缘面的材质均为高分子薄膜基材，所述第一绝缘面的高分子薄膜基材上喷涂有一层带有特定导电率的导体介质，所述导体介质形成第一导电面；所述第二绝缘面的高分子薄膜基材上对应所述导电内圈、导电外圈和圈式电极的位置处分别设有导电率不同的第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质，所述第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质形成第二导电面。所采用的材料均具有柔性，能够大面积地包覆在机器人表面来检测接触位置，满足人工皮肤柔性的要求，能够大面积覆盖在机器人体表。在本实施例中，为了使导电内圈区域上形成类匀强电场，，所述第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质的导电率分别为A、B和C,其中C＞10A，A＞10B，并且A、B和C均＞0。在本实施例中，为了保护触觉传感器免受刮擦损伤，所述上柔性层与下柔性层的外表面分别贴附有一层粘弹性保护膜。本专利技术的机器人触觉传感器的结构尺寸没有限制，可以按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于恒定电场的机器人触觉传感器，其特征在于：包括上下依次设置的上柔性层、网状隔层和下柔性层，所述上柔性层由第一绝缘面和第一导电面上下贴合组成，所述下柔性层包括上下贴合的第二导电面和第二绝缘面，所述第二导电面由内外设置的导电内圈和导电外圈组成，所述导电外圈外周侧还设有一圈式电极；所述第一绝缘面和第二绝缘面分别作为上柔性层和下柔性层的外表面，所述第一导电面和第二导电面分别作为上柔性层和下柔性层的内表面，并且所述第一导电面和第二导电面分别与网状隔层的上下面相贴合。

【技术特征摘要】
1.一种基于恒定电场的机器人触觉传感器，其特征在于：包括上下依次设置的上柔性层、网状隔层和下柔性层，所述上柔性层由第一绝缘面和第一导电面上下贴合组成，所述下柔性层包括上下贴合的第二导电面和第二绝缘面，所述第二导电面由内外设置的导电内圈和导电外圈组成，所述导电外圈外周侧还设有一圈式电极；所述第一绝缘面和第二绝缘面分别作为上柔性层和下柔性层的外表面，所述第一导电面和第二导电面分别作为上柔性层和下柔性层的内表面，并且所述第一导电面和第二导电面分别与网状隔层的上下面相贴合。2.根据权利要求1所述的基于恒定电场的机器人触觉传感器，其特征在于：所述第一绝缘面和第二绝缘面的材质均为高分子薄膜基材，所述第一绝缘面的高分子薄膜基材上喷涂有一层带有特定导电率的导体介质，所述导体介质形成第一导电面；所述第二绝缘面的高分子薄膜基材上对应所述导电内圈、导电外圈和圈式电极的位置处分别设有导电率不同的第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质，所述第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质形成第二导电面。3.根据权利要求2所述的基于恒定电场的机器人触觉传感器，其特征在于：所述第一半导体介质、第二半导体介质和第三半导体介质的导电率分别为A、B和C,其中C＞10A，A＞10B，并且A、B和C均＞0。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海彬，黄剑锋，佟思逸，陈建鹏，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35