一种基于电极阵列的柔性触觉传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电极阵列的柔性触觉传感器及其制备方法，柔性触觉传感器包括基座、电路板、硅胶仿体、环形压板、螺钉、压强传感器和压片。所述基座是触觉传感器的主体结构，其他部分均安装固定在基座上。所述电路板是双层印刷电路板，分为顶层和底层，顶层分布有多个激励电极点和感知电极点，底层焊接有电子元件和与外部通信的排针。所述硅胶仿体是触觉传感器工作时与物体接触的部分，通过环形压板与基座固定之后形成一个密封空间，内部放置电路板并填充导电液。所述压强传感器用于测量导电液的压强变化。本发明专利技术提供的柔性触觉传感器，可以实现对接触物体的位置和接触力的信息获取，具有柔性好、低成本、适应性高的特点。适应性高的特点。适应性高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电极阵列的柔性触觉传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于机器人交互领域，涉及一种柔性触觉传感器，特别是涉及一种基于电极阵列的柔性触觉传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的发展，机器人与环境交互的需求越来越大，触觉作为一种对外界环境的感知方式，越来越多地被应用在机器人领域，在机器人的各种作业任务中具有十分重要的现实意义。
[0003]根据测量原理的区别，目前主流的触觉传感器可以分为压电式、电容式、电阻式、超声波式和光纤式触觉传感器，不同类型的触觉传感器特性不同，适合于特定的应用场景，但大多数触觉传感器柔性较差，不具备仿生结构，尤其在仿人机器人领域的研究中，亟需一种柔性好、仿生结构优良的触觉传感器作为机器人与环境或人类交互的部件。

技术实现思路

[0004]鉴于已有的触觉传感器不能满足机器人柔性感知的需求，本专利技术的目的在于提供一种基于电极阵列的柔性触觉传感器，其具有柔性好、低成本、适应性高的特点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于电极阵列的柔性触觉传感器，其特征在于：至少包括一个电路板和设于电路板上具有弹性的软质仿体，所述电路板和软质仿体之间充满导电液体，软质仿体下表面设有若干能与电路板接触并变形的软质凸起；所述电路板上设有若干与导电液体接触的电极点和用于测量电极点之间液体电阻变化的数据采集装置，电极点之间的电路板上绝缘设置；通过相应电极点处液体电阻变化确定施加与软质仿体上力的位置和大小。/>[0007]进一步地，所述电极点包括若干交错分布的激励电极点和感知电极点，所述数据采集装置包括数据采集卡、参考电阻、电容和用于发出激励信号的激励源；
[0008]所有激励电极点并联后通过电容串联在激励源上，所述激励源发出矩形脉冲激励电压，经过电容转化为双极性交流电压加载至激励电极点；
[0009]每个感知电极点后连接一个参考电阻，参考电阻另一端接地，所述数据采集卡用于采集参考电阻的电压分值。
[0010]本专利技术还提供一种上述柔性触觉传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0011]步骤1、根据软质仿体形状和尺寸制备模具，采用硅胶浇注制备软质仿体；
[0012]步骤2、将电路板通过胶黏安装在基座中部，将排针置于基座的中控槽内；
[0013]步骤3、将软质仿体覆盖在电路板上，软质仿体下部的密封凸起装配在基座的密封沟槽内，将环形压板压紧在软质仿体上，并通过紧固件将环形压板固定在基体上；
[0014]步骤4、将一个空心针头从环形压板上的一个穿刺孔刺穿圆台状凸起直至锥形孔内作为排气管，带有导电液体的注射针头从另一个穿刺孔刺穿圆台状凸起直至锥形孔内注入密封空间内，直至密封空间内充满导电液体，拔掉空心针头和注射针头，完成导电液体的
填充；
[0015]步骤5、将电路板的电极点通过排针与数据采集装置相连；
[0016]步骤6、压力标定，使用标准力传感器按压触觉传感器，记录下标准力传感器示数、感知电极点电压值和压强传感器测量值，使用模型对数据进行拟合、训练之后得到标定的函数模型，即完成柔性触觉传感器的制备。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]1、通过感知电极的电压变化可以快速定位接触点，且数据采集速率随着数据采集器性能的提高可以达到很高。
[0019]2、使用模型拟合所有感知电极的电压值、压强传感器测量值与接触的真实压力值之间的关系，训练得到的模型可以用来预测接触力的大小，在一定范围内可以达到很高精度。
[0020]3、使用硬度接近人体皮肤的仿体硅胶，使传感器具有仿生特性，且仿生硅胶下层填充为导电液，进一步增大了接触区域的柔性，可以和各种不同形状的物体充分接触。
[0021]4、传感器主要部件使用3D打印技术制作，支持快速修改与成型，可以方便地修改传感器外形以适应各种使用场景，且相比于同类其他产品，制作成本极低。
附图说明
[0022]图1是本专利技术所述的柔性触觉传感器的整体外形图；
[0023]图2是本专利技术所述的柔性触觉传感器的电路原理图；
[0024]图3是本专利技术所述的柔性触觉传感器的爆炸图；
[0025]图4是本专利技术所述的柔性触觉传感器的剖视图；
[0026]图5是本专利技术所述的柔性触觉传感器的硅胶仿体下表面结构图；
[0027]图6是本专利技术所述的柔性触觉传感器的基座结构图；
[0028]图7是本专利技术所述的柔性触觉传感器的导电液注射通道结构图；
[0029]图8是本专利技术所述的柔性触觉传感器的电路板结构图；
[0030]图9是本专利技术所述的柔性触觉传感器的硅胶仿体的上、下模具图。
[0031]其中，1
‑
基座，11
‑
密封沟槽，12
‑
中部通孔，13
‑
安装孔，14
‑
安装槽，15
‑
导电液注射通道，16
‑
压力测量通道，17
‑
压强传感器安装座，18
‑
锥形孔，2
‑
硅胶仿体，21
‑
密封凸起，22
‑
棱锥状凸起，23
‑
半圆截面状条纹，24
‑
圆台状凸起，25
‑
触觉部，26
‑
压边，3
‑
环形压板，31
‑
穿刺孔，4
‑
螺钉，5
‑
压强传感器，6
‑
压片，7
‑
电路板，71
‑
底部排针，72
‑
激励电极点，73
‑
感知电极点，8
‑
上模具，9
‑
下模具。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案更加清晰明了，下面结合附图和实施例，对本专利技术提供的一种基于电极阵列的柔性触觉传感器进行详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0033]如图1至图8所示，本专利技术提供一种基于电极阵列的柔性触觉传感器，至少包括一个电路板7和设于电路板7上具有弹性的软质仿体，所述电路板7和软质仿体之间充满导电液体，软质仿体下表面设有能与电路板7接触并变形的软质凸起；所述电路板7上设有大量
与导电液体接触的电极点和用于测量电极点之间液体电阻变化的数据采集装置，电极点之间的电路板7上绝缘设置；通过相应电极点处液体电阻变化确定施加与软质仿体上力的位置和大小。
[0034]本实施例中，所述软质仿体为采用硅胶制成的硅胶仿体2，具有良好的回弹性和触感。
[0035]当硅胶仿体2受压时，软质凸起起会先和电路板7接触，随着压力增大，触点附近的软质凸起逐渐变形，导电液向四周排开，使得触点附近的导电性能下降，液体电阻增大，从而使触本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电极阵列的柔性触觉传感器，其特征在于：至少包括一个电路板和设于电路板上具有弹性的软质仿体，所述电路板和软质仿体之间充满导电液体，软质仿体下表面设有若干能与电路板接触并变形的软质凸起；所述电路板上设有若干与导电液体接触的电极点和用于测量电极点之间液体电阻变化的数据采集装置，电极点之间的电路板上绝缘设置；通过相应电极点处液体电阻变化确定施加与软质仿体上力的位置和大小。2.根据权利要求1所述的柔性触觉传感器，其特征在于：所述电极点包括若干交错分布的激励电极点和感知电极点，所述数据采集装置包括数据采集卡、参考电阻、电容和用于发出激励信号的激励源；所有激励电极点并联后通过电容串联在激励源上，所述激励源发出矩形脉冲激励电压，经过电容转化为双极性交流电压加载至激励电极点；每个感知电极点后连接一个参考电阻，参考电阻另一端接地，所述数据采集卡用于采集参考电阻的电压分值。3.根据权利要求2所述的柔性触觉传感器，其特征在于：所述电路板和软质仿体之间为密封空间，还包括用于测量该空间内导电液体压强的压强传感器，通过压强测量校正通过液体电阻变化得到的软质仿体上的压力大小。4.根据权利要求3所述的柔性触觉传感器，其特征在于：还包括基座，所述电路板安装于基座上中部，所述软质仿体通过环形压板压紧在电路板四周的基座上。5.根据权利要求4所述的柔性触觉传感器，其特征在于：所述基座上设有一圈的密封沟槽，所述软质仿体底部四周设有能安装在密封沟槽内的密封凸起，通过密封沟槽和密封凸起的配合，在软质仿体与电路板之间形成密封空间。6.根据权利要求4所述的柔性触觉传感器，其特征在于：所述软质仿体中部向上凸起形成触觉部，触觉部上表面设有若干半圆截面状条纹，触觉部下表面的软质凸起为采用相同材料制成锥尖朝下的棱锥状凸起，触觉部四周为与环形压板配合的压边。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淼，雷自伟，邓旭畑，王熠，武开群，潘伟鸿，蒋俊南，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：