一种基于光敏元件的三维触觉传感器制造技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，涉及一种基于光敏元件的三维触觉传感器，包括柔性传感器罩、传感器电路板与传感器底座；柔性传感器罩安装在传感器底座上，柔性传感器罩与传感器底座围成密闭空间；所述传感器电路板安装在密闭空间内；传感器电路板上设有发光器件和若干个光敏元件，发光器件发出的光到达柔性传感器罩内壁后进行反射，光敏元件接收柔性传感器罩内壁反射的光。本发明专利技术提出一种基于光敏元件的三维触觉传感器，实现了对一维触觉与二维滑觉的监测和测量，易于实现触觉三维力的解耦，同时可以实现对不同接触点的估算，可广泛用于机器人触觉感知。人触觉感知。人触觉感知。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光敏元件的三维触觉传感器


[0001]本专利技术属于传感器
，涉及一种基于光敏元件的三维触觉传感器。

技术介绍

[0002]现有的机器人已经能够执行各种任务比如走路或者跳舞。在建模良好的环境中即使没有外部感官反馈，它们也可以执行许多任务。然而，在非结构化环境中，它们必须感知周围环境并与各种对象接触。最终目标是使机器人具有很强的抓取和操纵能力。为了完成复杂的操作任务，触觉信息是必不可少的。配备触觉传感器的机械手应能检测何时发生接触，并能识别形状、物体纹理、力和滑动。
[0003]目前，常见的触觉传感器主要基于压阻、压电、电容、摩擦电、光纤等原理来实现。一方面，此类方案只能实现一维的触觉压力感知，难以实现其余两维度的滑觉感知。另一方面，各传感器的制造涉及材料及工艺因素，制备过程较为复杂。再者，传感器直接与物体接触，频繁使用其磨损不可避免，失效后需要跟换新传感器，会导致成本增加。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于光敏元件的三维触觉传感器，实现了对一维触觉与二维滑觉的监测和测量，易于实现触觉三维力的解耦，同时可以实现对不同接触点的估算，可广泛用于机器人触觉感知。
[0005]本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种基于光敏元件的三维触觉传感器，其特殊之处在于：
[0006]包括柔性传感器罩、传感器电路板与传感器底座；柔性传感器罩安装在传感器底座上，柔性传感器罩与传感器底座围成密闭空间；所述传感器电路板安装在密闭空间内；r/>[0007]传感器电路板上设有发光器件和若干个光敏元件，发光器件发出的光到达柔性传感器罩内壁后进行反射，光敏元件接收柔性传感器罩内壁反射的光。
[0008]当有外部物体接触柔性传感器罩时，柔性传感器罩由于其柔性会发生变形，变形后其反射发光器件光线的路径将发生变化，传感器内部光场将发生变化，光敏元件测量的不同位置的光强也将发生变化，通过实时监测光敏元件的光强测量值的变化，可以实现对柔性传感器罩变形的计算，从而实现对外部接触力的监测。
[0009]进一步地，上述传感器电路板内嵌于传感器底座内，传感器电路板的上表面与传感器底座的上表面平齐。
[0010]进一步地，上述柔性传感器罩包括球面结构，球面结构的边缘水平延伸形成安装板，柔性传感器罩通过安装板可拆卸与传感器底座连接。
[0011]进一步地，上述安装板的下表面与传感器底座上表面以及传感器电路板的上表面贴合；贴合面涂有黑色胶防止外部光学进入传感器内部。
[0012]柔性传感器罩直接与物体频繁接触，当柔性传感器罩发生磨损等损坏后可快速被更换。
[0013]进一步地，上述若干个光敏元件布置在发光器件的外围。
[0014]进一步地，上述传感器电路板的一侧设有电路板接线端。
[0015]进一步地，上述传感器底座内的上部设有凹槽，传感器电路板嵌入凹槽内，传感器底座的侧面设计有通孔，导线由外部经通孔后由凹槽下侧与传感器电路板上的电路板接线端连接。
[0016]进一步地，上述柔性传感器罩的安装板通过螺丝安装于传感器底座上。
[0017]进一步地，上述发光器件为发光led，光敏元件可以是光敏电阻，也可以是光敏二极管、光敏三极管等，柔性传感器罩可以为硅胶材质，也可以是其它具有柔性且受力后可复原的弹性材质。传感器底座可以由树脂或尼龙材料3d打印制作，也可以由其它材料通过不同工艺制作。
[0018]进一步地，上述光敏元件的数量为四个，四个光敏元件以发光器件为圆心圆周均布。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的基于光敏元件的三维触觉传感器的显著优点是：
[0020]1)将发光led与光敏元件应用于触觉传感器，可实现对一维触觉与二维滑觉的监测和测量，易于实现触觉三维力的解耦；
[0021]2)本专利技术提供的传感器同时可以实现对不同接触点的估算；
[0022]3)通过柔性传感器罩与传感器底座包裹形成内部密闭空间，柔性传感器罩直接与物体频繁接触，柔性传感器罩可以拆卸，发生磨损等损坏后可快速被更换；
[0023]4)传感器核心部件不直接与物体接触，光敏元件不会产生磨损失效；
[0024]5)通过选择不同材料与壁厚的腔体可实现其硬度的改变以实现其测量范围的改变；
[0025]6)相较于现有触觉传感器，本专利技术提供的传感器结构设计简单，易于制作。
附图说明
[0026]图1是本专利技术提供的基于光敏元件的三维触觉传感器轴测示意图；
[0027]图2是图1的组装结构示意图；
[0028]图3是图2中传感器电路板结构示意图；
[0029]图4是本专利技术提供的基于光敏元件的三维触觉传感器的测量原理示意图；
[0030]图5是图2中的传感器底座结构示意图；
[0031]图6是图2中传的感器腔体结构示意图。
[0032]其中，1、柔性传感器罩，2、传感器电路板，3、传感器底座，4、发光器件，5、第一光敏元件，6、第二光敏元件，7、电路板接线端，8、第三光敏元件，9、第四光敏元件。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要
求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。
[0034]参见图1和图2，本专利技术提供了一种基于光敏元件的三维触觉传感器，包括柔性传感器罩1、传感器电路板2与传感器底座3；柔性传感器罩1安装在传感器底座3上，柔性传感器罩1与传感器底座3围成密闭空间；所述传感器电路板2安装在密闭空间内。
[0035]优选地，柔性传感器罩可以为硅胶材质，也可以是其它具有柔性且受力后可复原的弹性材质。
[0036]参见图3，传感器电路板2上设有发光器件4和若干个光敏元件，发光器用于提供光场，发光器件4发出的光到达柔性传感器罩1内壁后进行反射，光敏元件接收柔性传感器罩1内壁反射的光。
[0037]参见图4，当柔性传感器罩1受力变形后，其反射发光器件4光线的路径将发生变化，传感器内部光场发生变化，光敏元件测量的不同位置的光强也将发生变化，通过实时监测光敏元件的光强测量值的变化，实现对柔性传感器罩1变形的计算，从而实现对外部接触力的监测。
[0038]作为本专利技术的一个优选实施例，所述传感器电路板2内嵌于传感器底座3内，传感器电路板2的上表面与传感器底座3的上表面平齐。
[0039]作为本专利技术的一个优选实施例，所述柔性传感器罩1包括球面结构，球面结构的边缘水平延伸形成安装板，柔性传感器罩1通过安装板可拆卸与传感器底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光敏元件的三维触觉传感器，其特征在于：包括柔性传感器罩(1)、传感器电路板(2)与传感器底座(3)；柔性传感器罩(1)安装在传感器底座(3)上，柔性传感器罩(1)与传感器底座(3)围成密闭空间；所述传感器电路板(2)安装在密闭空间内；传感器电路板(2)上设有发光器件(4)和若干个光敏元件，发光器件(4)用于提供光场，发光器件(4)发出的光到达柔性传感器罩(1)内壁后进行反射，光敏元件接收柔性传感器罩(1)内壁反射的光；柔性传感器罩(1)受力变形后，其反射发光器件(4)光线的路径将发生变化，传感器内部光场发生变化，光敏元件测量的不同位置的光强也将发生变化，通过实时监测光敏元件的光强测量值的变化，实现对柔性传感器罩(1)变形的计算，从而实现对外部接触力的监测。2.根据权利要求1所述的一种基于光敏元件的三维触觉传感器，其特征在于：所述传感器电路板(2)内嵌于传感器底座(3)内，传感器电路板(2)的上表面与传感器底座(3)的上表面平齐。3.根据权利要求2所述的一种基于光敏元件的三维触觉传感器，其特征在于：所述柔性传感器罩(1)包括球面结构，球面结构的边缘水平延伸形成安装板，柔性传感器罩(1)通过安装板可拆卸与传感器底座(3)连接。4.根据权利要求3所述的一种基于光敏元件的三维触觉传感器，其特征在于：所述安装板的下表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：易正琨，尹猛，黄滨华，吴新宇，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：