一种柔性指尖接触传感器制造技术

一种柔性指尖接触传感器，旨在解决现有技术中指尖接触传感器无法检测空间作用力且制造成本较高，导致无法实现商业化大规模应用的技术问题。本实用新型专利技术包括用以检测压力变化的霍尔传感器，霍尔传感器布设在传感器固定轴上，霍尔传感器包括第一传感器组和第二传感器组，传感器固定轴的一端设有用以安装第一传感器组的第一安装槽，传感器固定轴的周面上设有用以安装第二传感器组的第二安装槽，传感器固定轴的另一端设有用以安装机械手的安装孔，第一传感器组和第二传感器组的引脚通过布置在传感器固定轴上的导通件相连，传感器固定轴的外周面上设有防护层，防护层上设有橡胶磁贴，防护层远离传感器固定轴的一侧设有成型层。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性指尖接触传感器
本技术涉及仿生机器人或多灵巧手
，特别是涉及一种柔性指尖接触传感器。
技术介绍
在操纵和探索任务期间，通常需要机械手对未知物体和障碍物进行有效响应。在传统的工业应用中，机器人对末端执行器的控制是通过将仿真对象和环境的数据模型嵌入到控制算法中实现的，故机械手只能操纵已知的物体，并在结构化的环境中工作，这意味着它们对意外事件的反应较慢，如果没有详细的操作环境模型，则接触力的实时测量对于机器人能否有效安全地执行任务至关重要。触觉感知是机器人自主灵巧手操作的重要组成部分，它提供了机械手与物体接触点的作用力和表面特性等信息。尽管压力传感器有多种类型并且已经商业化，但是普通的压力传感器往往只能提取单点的作用力信息，无法对机器人感知环境提供帮助。近年来针对该问题，不少学者提出了阵列式的架构，即采用多个压力传感器进行阵列布置，从而可以实现对多点作用力的信息提取，进而获取受力点的位置和作用力大小，这为仿人类触觉打下了基础。不过需要注意的是机械手在操作过程中，指尖往往是受到空间作用力而不单单是平面作用力，虽然国内外的科研工作者设计了各种各样的柔性触觉传感器，但是它们大都处于实验研究阶段，产品化的柔性触觉传感器不多，广泛应用于机器人的柔性触觉传感器更少。当下，高端的指尖传感器已被许多研制高灵巧性机械手的厂商广泛采用，但是，这些指尖传感器的占了机械手很大一部分成本。申请号为CN201710382607.4的中国专利公开了一种多阵列的指尖触觉交互装置，该装置通过串口线与机器人连接，包括布设在一块柔软电路板上的电容式多阵列传感器、设有I2C通信接口的主控板以及设有数模接口和I2C通信接口的数据采样芯片；所述电容式多阵列传感器包括上感应极板、下感应极板以及固定于上、下感应极板间的若干个柔性微针，上、下感应极板之间通过填充的等离子的化学键键合；其中，所述电容式多阵列传感器的上、下感应极板直接与数据采样芯片的数模接口连接，所述数据采样芯片和主控板之间通过I2C通信接口连接。上述专利所采用的传感器为电容式传感器，在较小的区域可形成较多的触觉感应点，体积较小，接线简单、测量稳定；但是，所述交互装置无法对空间力进行检测且制造成本较高，不适用于商业化的大规模应用。
技术实现思路
本技术为了克服现有技术中指尖接触传感器无法检测空间作用力且制造成本较高，导致无法实现商业化大规模应用的技术问题，提供一种柔性指尖接触传感器，所述传感器可实现对空间作用力的检测且制造成本较低，为后续多灵巧手实现灵巧操作打下基础。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案。一种柔性指尖接触传感器，包括用以检测压力变化的霍尔传感器，霍尔传感器布设在传感器固定轴上，霍尔传感器包括第一传感器组和第二传感器组，传感器固定轴的一端设有用以安装第一传感器组的第一安装槽，传感器固定轴的周面上设有用以安装第二传感器组的第二安装槽，传感器固定轴的另一端设有用以安装机械手的安装孔，第一传感器组和第二传感器组的引脚通过布置在传感器固定轴上的导通件相连，传感器固定轴的外周面上设有防护层，霍尔传感器和导通件均位于传感器固定轴和防护层之间，防护层上设有橡胶磁贴，防护层远离传感器固定轴的一侧设有成型层，防护层和成型层均由铂催化硅橡胶制成。现有技术中，低成本的柔性触觉传感器大都只能检测平面上的作用力变化，即只能检测x方向和y方向的作用力变化，而无法对z方向的作用力变化进行检测，但是，由于我们处于四维空间且与三维物体发生交互，故而对于仿生学科而言，实现z方向上作用力变化的检测意味着仿生模拟相似度的维度跃迁；当下，可对空间中x、y及z方向上作用力同步检测的柔性触觉传感器大都成本较高，不适用于商业化的大规模应用。本技术提供一种柔性指尖接触传感器，传感器固定轴的端面上设有第一传感器组，传感器固定轴的周面上设有第二传感器组，传感器固定轴的外周面上套设有防护层，防护层由铂催化硅橡胶制成，防护层上设有橡胶磁贴，当柔性指尖接触传感器表面受到压力作用后，防护层被挤压变形，与防护层相连的橡胶磁贴同步发生位移变化，固定在传感器固定轴上的霍尔传感器无位移变化，故而橡胶磁贴的位移变化会引起霍尔传感器的表面磁场力大小发生改变，进而改变霍尔传感器的模拟量输出值，进一步的，第二传感器组用以检测空间中x、y方向的作用力，第一传感器组用以检测空间中z方向的作用力，由于霍尔传感器采用阵列架构布置，故而可以识别外力的作用区域。本技术所述的柔性指尖接触传感器通过霍尔传感器、橡胶磁贴以及由铂催化硅橡胶制成的防护层的配合实现空间作用力的检测，由于组成构件均为常见的元器件或材料，故而制造成本较低。作为优选，传感器固定轴包括本体和安装件，本体和安装件均呈柱状，安装件与本体同轴布置且安装件的直径小于本体的直径，安装件的周面上设有定位孔，所述安装孔位于安装件远离本体的一端且沿安装件的轴向延伸，安装孔的内壁面呈螺纹状。传感器固定轴包括本体和安装件，本体用以安装霍尔传感器，安装件用以与机械手相连，安装件的周面上设有定位孔。作为优选，本体的周面上设有均与第二安装槽相交的第一环形槽和第二环形槽，第二环形槽位于第一环形槽远离第一传感器组的一侧且与第一环形槽间隔排布，导通件包括第一导通件和第二导通件，第一导通件固定在第一环形槽内，第二导通件固定在第二环形槽内。第一安装槽和第二安装槽分别用以安装第一传感器组和第二传感器组，传感器包括引脚，本体的周面上设有均与第二安装槽相交的第一环形槽和第二环形槽，将第一导通件固定在第一环形槽内，将第二导通件固定在第二环形槽内，然后将引脚与第一导通件或第二导通件焊接，最后将导线与第一导通件及第二导通件相连；通过上述设计，不需要将导线与引脚逐一对应相连，所述柔性指尖接触传感器的装配安装方式得到有效简化。作为优选，引脚包括电源引脚、接地引脚和信号引脚，电源引脚与第一导通件焊接相连，接地引脚与第二导通件焊接相连，信号引脚沿本体轴向朝靠近安装件的一端延伸，信号引脚上套设有用以与导通件绝缘分隔的热缩管。信号引脚上套设有用以与导通件绝缘分隔的热缩管，从而保证信号传输的稳定性。作为优选，沿传感器固定轴长度方向布置的导线连通第一导通件和第二导通件，导线包括第一导线和第二导线，第一导线和第二导线沿本体的径向对称排布。作为优选，第一安装槽和第二安装槽均为T型槽，T型槽包括水平槽和用以对引脚进行限位的竖直槽，竖直槽沿传感器固定轴的长度方向布置，第一安装槽的水平槽位于本体远离安装件的一端，第一安装槽的竖直槽和第二安装槽的竖直槽沿本体的长度方向错位排布。第一安装槽的竖直槽和第二安装槽的竖直槽沿本体的长度方向错位排布，第一传感器组和第二传感器组在安装过程中同样错位排布，在节约安装面积的同时实现霍尔传感器布置的集成化。作为优选，铂催化硅橡胶选用Smooth-OnEcoFlex0030。Smooth-OnEcoFlex0030型号的铂催化硅橡胶固化后非常柔软，抗拉撕性能好，具有很好的弹性以及伸长率，可伸长数倍而不会撕裂，并能够不变形的回弹到原来尺寸；选用上述铂催化硅橡胶可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性指尖接触传感器，包括用以检测压力变化的霍尔传感器，其特征在于，霍尔传感器布设在传感器固定轴上，霍尔传感器包括第一传感器组和第二传感器组，传感器固定轴的一端设有用以安装第一传感器组的第一安装槽，传感器固定轴的周面上设有用以安装第二传感器组的第二安装槽，传感器固定轴的另一端设有用以安装机械手的安装孔，第一传感器组和第二传感器组的引脚通过布置在传感器固定轴上的导通件相连，传感器固定轴的外周面上设有防护层，霍尔传感器和导通件均位于传感器固定轴和防护层之间，防护层上设有橡胶磁贴，防护层远离传感器固定轴的一侧设有成型层，防护层和成型层均由铂催化硅橡胶制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性指尖接触传感器，包括用以检测压力变化的霍尔传感器，其特征在于，霍尔传感器布设在传感器固定轴上，霍尔传感器包括第一传感器组和第二传感器组，传感器固定轴的一端设有用以安装第一传感器组的第一安装槽，传感器固定轴的周面上设有用以安装第二传感器组的第二安装槽，传感器固定轴的另一端设有用以安装机械手的安装孔，第一传感器组和第二传感器组的引脚通过布置在传感器固定轴上的导通件相连，传感器固定轴的外周面上设有防护层，霍尔传感器和导通件均位于传感器固定轴和防护层之间，防护层上设有橡胶磁贴，防护层远离传感器固定轴的一侧设有成型层，防护层和成型层均由铂催化硅橡胶制成。


2.根据权利要求1所述的一种柔性指尖接触传感器，其特征在于，传感器固定轴包括本体和安装件，本体和安装件均呈柱状，安装件与本体同轴布置且安装件的直径小于本体的直径，安装件的周面上设有定位孔，所述安装孔位于安装件远离本体的一端且沿安装件的轴向延伸，安装孔为螺纹孔。


3.根据权利要求2所述的一种柔性指尖接触传感器，其特征在于，本体的周面上设有均与第二安装槽相交的第一环形槽和第二环形槽，第二环形槽位于第一环形槽远离第一传感器组的一侧且与第一环形槽间隔排布，导通件包括第一导通件和第二导通件，第一导通件固定在第一环形槽内，第二导通件固定在第二环形槽内。


4.根据权利要求3所述的一种柔性指尖接触传感器，其特征在于，引脚包括电源引脚、接地引脚和信...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟海良，马小龙，鲍官军，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33