一种光栅式触觉传感器及相关装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光栅式触觉传感器、基于柔性光栅薄膜的测量装置及机械手指，包括柔性光栅薄膜；设置于柔性光栅薄膜的光栅面一侧的光源及图像采集处理装置，光源的出射光照射至光栅面，图像采集处理装置根据采集的光栅面的衍射图案确定接触面的受力参数；密封光栅面、光源和图像采集处理装置中图像采集单元的密封壳体。在柔性光栅薄膜的接触面受力后，柔性光栅薄膜的光栅面的衍射图案将会发生变化，图像采集处理装置采集该变化的衍射图案并根据其确定接触面的受力参数，达到触觉感知的目的；光栅式触觉传感器不仅触觉灵敏度高，且还能够制作为任意大小的光栅式触觉传感器，实现较大面积和较小面积的触觉感知，提高触觉传感器的适用范围。

A grating tactile sensor and related device

The invention discloses a grating tactile sensor, a measuring device based on a flexible grating film and a mechanical finger, including a flexible grating film, a light source and an image acquisition and processing device arranged on one side of the grating surface of the flexible grating film, a light source illuminating the grating surface, and an image acquisition and processing device according to the acquisition. The diffraction pattern of the grating surface determines the force parameters of the contact surface; the sealed grating surface, the light source and the sealed shell of the image acquisition unit in the image acquisition and processing device are sealed. When the contact surface of flexible grating film is stressed, the diffraction pattern of the grating surface of flexible grating film will change. The image acquisition and processing device collects the diffraction pattern and determines the force parameters of the contact surface to achieve the purpose of tactile sensing. It can be fabricated as a grating tactile sensor of arbitrary size to realize large area and small area tactile sensing and improve the scope of application of the tactile sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种光栅式触觉传感器及相关装置
本专利技术涉及触觉传感器
，更为具体的说，涉及一种光栅式触觉传感器、基于柔性光栅薄膜的测量装置及机械手指。
技术介绍
现代生物学证实，人类的皮肤与大脑是同一组织产生出来的，在视觉、听觉和高级大脑中枢神经发挥作用之前，触觉便已经形成，触觉是人类的“第一感觉”。虽然研究表明人类80％的信息来源于视觉，但触觉一直是人类与近距离物体互动的必备感知手段，也是机器人获取外界信息的重要感知手段。然而，在智能机器人领域，触觉感知的发展受到许多因素的制约。在现有的研究中，触觉感知模块大多由电容式、电阻式、压电式、电磁式、PVDF(Polyvinylidenefluoride，聚偏二氟乙烯)、PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)、光波导、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)、导电橡胶等方法研制出来。由于材料、制造工艺、测量原理等存在的限制，触觉感知单元的分辨率非常有限，而且传感器的集成基本是阵列式、组合式甚至是盔甲式的结构，限制了传感器的应用范围，扩展能力也不够强，若进一步缩小体积需要更小体积的元件和更复杂的工艺，成本昂贵。故而，性能更佳的柔性触觉传感器正逐渐成为仿生学、机器人、传感器等领域的研究热点问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种光栅式触觉传感器、基于柔性光栅薄膜的测量装置及机械手指，在柔性光栅薄膜的接触面受力后，柔性光栅薄膜的光栅面的衍射图案将会发生变化，图像采集处理装置采集该变化的衍射图案并根据其确定接触面的受力参数，达到触觉感知的目的；由于柔性光栅薄膜具有良好的柔韧性，故而光栅式触觉传感器不仅触觉灵敏度高，且还能够制作为任意大小的光栅式触觉传感器，以实现较大面积和较小面积的触觉感知，提高了触觉传感器的适用范围。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种光栅式触觉传感器，包括：柔性光栅薄膜，所述柔性光栅薄膜包括相对设置的接触面和光栅面；设置于所述柔性光栅薄膜的光栅面一侧的光源及图像采集处理装置，所述光源的出射光照射至所述光栅面，所述图像采集处理装置根据采集的所述光栅面的衍射图案确定所述接触面的受力参数；以及，密封所述光栅面、所述光源和所述图像采集处理装置中图像采集单元的密封壳体。可选的，所述光栅式触觉传感器还包括：设置于所述光源与所述光栅面之间的准直透镜，所述光源的出射光通过准直透镜后照射至所述光栅面。可选的，所述光源为发光二极管。可选的，所述图像采集单元为CCD相机。相应的，本专利技术还提供了一种基于柔性光栅薄膜的测量装置，用于根据施加至所述柔性光栅薄膜的接触面上的预设的受力参数，采集所述柔性光栅薄膜的光栅面的衍射图案，包括：设置于所述接触面一侧的接触物；密封所述光栅面的双斜筒，所述双斜筒的第一斜筒的入光侧密封有光源装置，所述第一斜筒的出光侧对应所述光栅面，及所述双斜筒的第二斜筒的入光侧对应所述光栅面，所述第二斜筒的出光侧密封有图像采集装置，其中，控制所述接触物与所述接触面以所述受力参数相接触，所述图像采集装置采集所述光栅面的所述衍射图案。可选的，所述光源装置包括：设置于所述第一斜筒侧面的光源；及，设置于所述第一斜筒的入光面、且设置于所述光源的出射光的光路上的反射镜，所述反射镜将所述光源的出射光反射至所述光栅面。可选的，所述图像采集装置包括：设置于所述第二斜筒的出光面的镜头；以及，设置于所述镜头的出光光路上的CCD相机。可选的，所述基于柔性光栅薄膜的测量装置包括：可控移动支架，所述可控移动支架固定有所述柔性光栅薄膜、所述双斜筒及所述图像采集装置，其中，所述可控移动支架根据所述受力参数控制所述接触面与所述接触物相接触。相应的，本专利技术还提供了一种机械手指，所述机械手指包括：位于指尖处的柔性光栅薄膜，所述柔性光栅薄膜包括相对设置的接触面和光栅面；设置于所述柔性光栅薄膜的光栅面一侧的光源及图像采集处理装置，所述光源的出射光照射至所述光栅面，所述图像采集处理装置根据采集的所述光栅面的衍射图案确定所述接触面的受力参数；以及，密封所述光栅面、所述光源和所述图像采集处理装置的密封手指外壳。可选的，所述密封手指外壳内填充有透明气体或透明液体。相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：本专利技术提供了一种光栅式触觉传感器、基于柔性光栅薄膜的测量装置及机械手指，光栅式触觉传感器包括：柔性光栅薄膜，所述柔性光栅薄膜包括相对设置的接触面和光栅面；设置于所述柔性光栅薄膜的光栅面一侧的光源及图像采集处理装置，所述光源的出射光照射至所述光栅面，所述图像采集处理装置根据采集的所述光栅面的衍射图案确定所述接触面的受力参数；以及，密封所述光栅面、所述光源和所述图像采集处理装置中图像采集单元的密封壳体。由上述内容可知，本专利技术提供的技术方案，在柔性光栅薄膜的接触面受力后，柔性光栅薄膜的光栅面的衍射图案将会发生变化，图像采集处理装置采集该变化的衍射图案并根据其确定接触面的受力参数，达到触觉感知的目的；由于柔性光栅薄膜具有良好的柔韧性，故而光栅式触觉传感器不仅触觉灵敏度高，且还能够制作为任意大小的光栅式触觉传感器，以实现较大面积和较小面积的触觉感知，提高了触觉传感器的适用范围。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种光栅式触觉传感器的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种光栅面的衍射原理图；图3a为本申请实施例提供的一种基于柔性光栅薄膜的测量装置的侧视图；图3b为本申请实施例提供的另一种基于柔性光栅薄膜的测量装置的侧视图；图4为图3a中基于柔性光栅薄膜的测量装置的局部斜视图；图5为本申请实施例还提供的一种机械手指的结构示意图；图6为本申请实施例提供的一种机械手的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。正如
技术介绍
所述，在现有的研究中，触觉感知模块大多由电容式、电阻式、压电式、电磁式、PVDF、PDMS、光波导、MEMS、导电橡胶等方法研制出来。由于材料、制造工艺、测量原理等存在的限制，触觉感知单元的分辨率非常有限，而且传感器的集成基本是阵列式、组合式甚至是盔甲式的结构，限制了传感器的应用范围，扩展能力也不够强，若进一步缩小体积需要更小体积的元件和更复杂的工艺，成本昂贵。故而，性能更佳的柔性触觉传感器正逐渐成为仿生学、机器人、传感器等领域的研究热点问题。基于此，本申请实施例提供了一种光栅式触觉传感器、基于柔性光栅薄膜的测量装置及机械手指，在柔性光栅薄膜的接触面受力后，柔性光栅薄膜的光栅面的衍射图案将会发生变化，图像采集处理装置采集该变化的衍射图案并根据其确定接触面的受力参数，达到触觉感知的目的；由于柔性光栅薄膜具有良好的柔韧性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光栅式触觉传感器，其特征在于，包括：柔性光栅薄膜，所述柔性光栅薄膜包括相对设置的接触面和光栅面；设置于所述柔性光栅薄膜的光栅面一侧的光源及图像采集处理装置，所述光源的出射光照射至所述光栅面，所述图像采集处理装置根据采集的所述光栅面的衍射图案确定所述接触面的受力参数；以及，密封所述光栅面、所述光源和所述图像采集处理装置中图像采集单元的密封壳体。

【技术特征摘要】
1.一种光栅式触觉传感器，其特征在于，包括：柔性光栅薄膜，所述柔性光栅薄膜包括相对设置的接触面和光栅面；设置于所述柔性光栅薄膜的光栅面一侧的光源及图像采集处理装置，所述光源的出射光照射至所述光栅面，所述图像采集处理装置根据采集的所述光栅面的衍射图案确定所述接触面的受力参数；以及，密封所述光栅面、所述光源和所述图像采集处理装置中图像采集单元的密封壳体。2.根据权利要求1所述的光栅式触觉传感器，其特征在于，所述光栅式触觉传感器还包括：设置于所述光源与所述光栅面之间的准直透镜，所述光源的出射光通过准直透镜后照射至所述光栅面。3.根据权利要求1所述光栅式触觉传感器，其特征在于，所述光源为发光二极管。4.根据权利要求1所述光栅式触觉传感器，其特征在于，所述图像采集单元为CCD相机。5.一种基于柔性光栅薄膜的测量装置，其特征在于，用于根据施加至所述柔性光栅薄膜的接触面上的预设的受力参数，采集所述柔性光栅薄膜的光栅面的衍射图案，包括：设置于所述接触面一侧的接触物；密封所述光栅面的双斜筒，所述双斜筒的第一斜筒的入光侧密封有光源装置，所述第一斜筒的出光侧对应所述光栅面，及所述双斜筒的第二斜筒的入光侧对应所述光栅面，所述第二斜筒的出光侧密封有图像采集装置，其中，控制所述接触物与所述接触面以所述受力参数相接触，所述图像采集装置采集所...

【专利技术属性】
技术研发人员：董二宝，朱胤，郝家文，杨杰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34