应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器、电子皮肤和机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器、电子皮肤和智能机器人。所述传感器包括多个传感器单元，每个传感器单元包括至少2个多功能层，各功能层包含对应的一个区域；每个所述多功能层的内部均设置有两层电极，所述多功能层覆盖在所述两层电极的外部；所述多功能层通过设置在电路中的模拟开关的切换实现多功能层的接地屏蔽或接等电位屏蔽。其有益效果：本发明专利技术的多功能层电容能实现接触觉功能；还可作其内部检测单元的电磁屏蔽层，在提高三维力测量抗干扰能力的前提下，还可实现接触觉的全部功能；当形成传感器矩阵时，多功能层可实现分区域屏蔽式扫描，避免了相邻传感器单元的串扰问题。

Sensors, electronic skin and robots for electromagnetic shielding using multi-functional layers

The invention relates to a sensor, an electronic skin and an intelligent robot for realizing electromagnetic shielding by using multi-functional layers. The sensor includes a plurality of sensor units, each of which comprises at least 2 multi-functional layers, each functional layer contains a corresponding region; each of the multi-functional layers is provided with two layers of electrodes, and the multi-functional layer is covered with the external of the two layer electrodes; the multi-functional layer is set in the circuit by setting it in the circuit. The switch of analog switch realizes the shield or equipotential shielding of multi-function layer. The multi-function layer capacitance of the invention can realize contact function, and can also be used as the electromagnetic shielding layer of the internal detection unit, and it can also realize the full function of the touch after improving the anti-interference ability of the 3D force measurement. When the sensor matrix is formed, the multi power layer can realize the shielded scan of the zoning domain. The crosstalk problem of adjacent sensor units is avoided.

【技术实现步骤摘要】
应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器、电子皮肤和机器人
本专利技术涉及一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器、电子皮肤和机器人，适用于人工智能的

技术介绍
近年来，智能机器人在工业领域已经发展到大规模实用阶段，智能机器人与外部世界的交互作用需要模仿人类的各种感官功能的智能传感器，主要包括：视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器和嗅觉传感器。到目前为止，视觉传感器和听觉传感器已经发展成熟并广泛地应用在工业机器人领域。但随着智能机器人向人类活动的各个领域深入扩展，特别是农业机器人、家庭服务机器人、医疗服务机器人和酒店餐饮业服务机器人等领域，需要机器人能够完成更加灵活、复杂的动作，同时由于这些领域的机器人需要与人类做更加密切的接触，必须保证机器人与人类接触的安全性和舒适性。因此，具有类似人类触觉功能的高度敏感的触觉传感器就显得越来越重要。世界各国均对仿生触觉传感器开展了广泛的研究。智能触觉传感器应具备以下基本功能：接触觉：当智能机器人的肢体即将或刚刚接触外部物体时，应能对即将或刚刚接触的外部物体进行大致的分类并判断即将接近的外部物体的速度和距离。例如：服务类机器人应能分辨出即将或刚刚接触的物体是人类肢体或其他物体，农业采摘机器人应能分辨即将或刚刚接触的物体是水果、棉花或植物枝叶，同时应能判断接近的速度和距离，以便智能机器人能恰当的控制其肢体接近或接触外部对象的初速度，以避免对即将接触的人体造成伤害或对即将接触的物体造成损坏。压觉和滑动觉：当智能机器人的肢体接触到外部物体后，应能感知其施加的三维压力的大小和方向，以便智能机器人能将其施加于外部物体的三维压力控制在适合的范围，例如：服务类机器人端起茶杯时应控制其施加于茶杯的三维压力，使其即不至于被捏碎，又不至于滑落。另外，当智能机器人的肢体在外部物体上滑动时应能感知滑动的方向和滑动速度，以便智能机器人能将控制滑动的方向和速度，例如：按摩服务机器人应能将其手掌在人体上滑动的速度和方向控制在适当的范围。温湿度觉：当智能机器人的肢体接近或接触到外部物体时应能感知外部环境和外部物体的温度，以便智能机器人保护智能机器人自身的肢体不受到高温或低温的损坏，同时保护其服务对象不受到高温或低温的伤害，例如：服务机器人给老人或病人端茶水时应判断茶水的温度是否适合人类饮用；当智能机器人肢体接近火焰或高温物体时应能主动趋避。另外，智能机器人的肢体接近或接触到外部物体时应能感知外部环境和外部物体的湿度，例如：家庭服务机器人，帮人类晾晒衣物时应能分辨出衣物是否已经晾干。除上述基本功能外，由于仿生机器人的全部肢体需要大面积覆盖具有大量触摸传感器的仿生皮肤，因此，智能触摸传感器还需要符合小型化、低功耗、便于形成传感器矩阵的要求。现有智能触摸传感器技术研究，按传感原理划分，主要分为，电阻式、电容式、光电式、压电式、电感式、微机电式和复合式(两种或两种以上原理复合)。目前大都处在实验室研究阶段，还没有成熟到实用阶段，随着研究的深入，越来越多的研究团队将关注点聚焦于电阻式、电容式和阻容复合式，由于其制作工艺简单、成本低便于批量生产等特点已经接近于成熟。纯电阻式触摸传感器是利用柔性压阻可变材料(例如导电橡胶)，当受到压力时其电阻率发生变化，从而反应受到压力的大小的原理实现的。其优点是：能实现压觉即三维力的感知，制作工艺简单、成本低、抗干扰能力较强，便于批量生产；但缺点是：几乎无法实现接触觉的要求，无法对接触的物体进行分类识别，当即将接触外部物体时无法判断接近的速度和距离，灵敏度偏低，产品一致性较难控制。在一些对接触觉和灵敏度要求不高的应用领域，具有一定的市场潜力。电容式或阻容复合式触摸传感器是目前最具发展前景的，与其他形式的触摸传感器相比，电容式触摸传感器对于实现接触觉具有独有的优势，电容式触摸传感器利用电场理论，其电场线可以穿越接近或接触到外部物体，利用不同物体具有不同介电常数的特性对外部物体进行分类识别，特别是可以准确分辨外部物体是人体还是其他物体。对于实现压觉和滑动觉电容式触觉传感器也有灵敏度高、一致性好、易于制作、成本低、易于实现矩阵等优点。但现有电容式触觉传感器技术的不足是：第一、无法完整的实现触摸传感器的全部要求：接触觉，包括对外部物体的分类识别和对外部物体接近程度的判别；压觉和滑觉，即三维力的大小和方向测量；温度觉和湿度觉。第二、抗干扰能力较差，易于受到环境温度、湿度、电磁干扰的影响，在测量三维力时通常采用差分的方法消除环境温、湿度的影响，并采用电磁屏蔽的方法提高抗电磁场干扰能力。而一旦采用电磁屏蔽措施，虽然有效提高了抗电磁干扰的能力，但同时丧失了对外部物体进行分类识别和判断接近速度及距离的能力，即无法实现接触觉功能。第三、当形成传感器矩阵时，无法避免相邻传感器单元的电场串扰。近年来，国内外的研究者发表了众多的论文和专利文献，大体上可以分为以下2大类：仅具有压觉和/或滑觉功能，即仅能测量三维力的传感器，其中又分为有屏蔽和无屏蔽措施两小类：例如：申请号为CN201410245030专利公开了一种全柔性电容式触觉传感器，该专利将平行板电容的上极板直接接地作为屏蔽层，虽然提高了抗干扰能力，但由于屏蔽层内部电场线无法穿越屏蔽层，因而丧失了对外部物体的分类识别和接近程度的功能，不能实现接触觉。公开号US2008/0174321A1专利公开了一种可同时测量物体接近和滑觉的电容传感器，该传感器可以在两种模式下工作。该专利的电容电极采用上下两层结构，上层由两个电极构成平面电容，可以实现接触觉的对外部物体分类识识别的功能，但无法实现接触觉的对外部物体接近程度的测量，其上层电极和下层电极又可以形成平行板电容，可以实现压觉的法向力测量，但无法实现切向力的测量，该专利无法实现屏蔽或差分等任何抗干扰措施。当形成矩阵时也无法实现任何抗串扰措施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器。本专利技术提供的一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器，其特征在于：所述传感器包括多个传感器单元，每个传感器单元包括至少2个多功能层，各功能层包含对应的一个区域；每个所述多功能层的内部均设置有内部电极，所述多功能层覆盖在所述内部电极的外部；所述多功能层通过模拟开关分别接地和接多功能层的内部电极，以实现接地屏蔽或接等电位屏蔽。本专利技术提供的一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器，还包括如下附属技术方案：其中，每个传感器单元包括4个多功能层。其中，第一多功能层和第三多功能层等高且相对设置，第二多功能层和第四多功能层等高且相对设置；第一多功能层和第三多功能层的中心距为d1，第二多功能层和第四多功能层的中心距为d2，d1与d2的比值为1.2-5；第一多功能层与第三多功能层的高度为h1，第二多功能层和第四多功能层的高度为h2，h1与h2的差值为1-3mm。其中，所述多功能层通过模拟开关连接在处理器上，所述处理器连接在外电路上；所述内部电极是平行板电容；所述多功能层能通过模拟开关的分时切换及总线的控制来分区域屏蔽传感器；其中，每个测量周期T由两个子周期T1和T2构成：在T1时，第一多功能层接多功能层激励信号，第三多功能层接模数转换电路，第二多功能层和第四多功能层同时接地，或第二多功能层和第四多功能层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器，其特征在于：所述传感器包括多个传感器单元，每个传感器单元包括至少2个多功能层，各多功能层包含对应的一个区域；每个所述多功能层的内部均设置有内部电极，所述多功能层覆盖在所述内部电极的外部；所述多功能层通过模拟开关分别接地或者连接到多功能层的内部电极，以实现接地屏蔽或接等电位屏蔽。

【技术特征摘要】
1.一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器，其特征在于：所述传感器包括多个传感器单元，每个传感器单元包括至少2个多功能层，各多功能层包含对应的一个区域；每个所述多功能层的内部均设置有内部电极，所述多功能层覆盖在所述内部电极的外部；所述多功能层通过模拟开关分别接地或者连接到多功能层的内部电极，以实现接地屏蔽或接等电位屏蔽。2.根据权利要求1所述的一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器，其特征在于：每个传感器单元包括4个多功能层。3.根据权利要求2所述的一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器，其特征在于：第一多功能层和第三多功能层等高且相对设置，第二多功能层和第四多功能层等高且相对设置；第一多功能层和第三多功能层的中心距为d1，第二多功能层和第四多功能层的中心距为d2，d1与d2的比值为1.2-5；第一多功能层与第三多功能层的高度为h1，第二多功能层和第四多功能层的高度为h2，h1与h2的差值为1-3mm。4.根据权利要求2或3所述的一种应用多功能层实现电磁屏蔽的传感器，其特征在于：所述多功能层通过模拟开关连接在处理器上，所述处理器连接在外电路上；所述内部电极是平行板电容；所述多功能层通过模拟开关的分时切换及总线的控制来分区域屏蔽传感器；其中，每个测量周期T由两个子周期T1和T2构成：在T1时，第一多功能层接多功能层激励信号，第三多功能层接模数转换电路，第二多功能层和第四多功能层同时接地，或第二多功能层和第四多功能层同时接其内部平行板电容公共电极的激励信号，将控制第一多功能层和第三多功能层的内部平行板电容的模拟开关断开，同时将控制第二多功能层和第四多功能层的内部平行板电容的模拟开关接其内部平行板电容公共电极的激励信号；在T2时，第二多功能层接多功能层激励信号，第四多功能层接模数转换电路，第一多功能层和第三多功能层同时接地，或第一多功能层和第三多功能层同时接其内部平行板电容公共电极的激励信号，将控制第二多功能层和第四多功能层的内部平行板电容的模拟开关断开，同时将控制第一多功能层和第三多功能层的内部平行板电容的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙滕谌，张大华，庄玮，
申请(专利权)人：北京他山科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11