机械臂、制造机械臂的方法以及交互式反馈系统技术方案

本申请提供了一种机械臂(100)及交互式反馈系统(10)。所述机械臂(100)包括：多个软气动致动器(116)；第一TENG传感器(200)；第二TENG传感器(202)；温度传感器(106)；机器学习及分类模块，其被配置为基于从所述第一TENG传感器(200)的输出信号和所述第二TENG传感器(202)的输出信号中提取的特征识别目标物的形状，并输表征目标物的形状的识别信号；和界面，用于将所述识别信号和所述温度传感器(106)的输出信号提供给虚拟化模块(300)，使得所述虚拟化模块(300)在虚拟现实空间中重建与所述目标物具有相同大小，形态和温度的虚拟目标物。通过所述交互式反馈系统(10)，能够允许用户实时地与真实空间进行远程交互，给用户提供一种沉浸式的操作体验。式的操作体验。式的操作体验。

【技术实现步骤摘要】
机械臂、制造机械臂的方法以及交互式反馈系统


[0001]本申请涉及机械臂
，更具体地说，涉及一种机械臂、制造机械臂的方法以及交互式反馈系统。

技术介绍

[0002]自供电机械臂作为一种很有前途的应用，其发展前景受到广泛关注，例如，将自供电机械臂应用于无人工作空间，比如虚拟商店应用。
[0003]然而，由于现有技术中的机械臂缺乏强大的感测能力和目标物识别的多功能性，故不适用于虚拟商店应用，因而无法在虚拟现实空间和真实空间的交互式反馈中给用户提供一种沉浸式的操作体验。

技术实现思路

[0004]本申请所要解决的技术问题在于：针对现有技术中的机械臂缺乏强大的感测能力和目标物识别的多功能性，故不适用于虚拟商店应用，因而无法在虚拟现实空间和真实空间的交互式反馈过程中给用户提供一种沉浸式的操作体验的技术缺陷，提供了一种集成自供电传感器的智能软机械臂，该机械臂由T
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TENG(触觉
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摩擦电纳米发电机)传感器，L
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TENG(长度
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摩擦电纳米发电机)传感器以及PVDF(聚偏氟乙烯)热释电温度传感器组成。
[0005]为此，本申请为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：提供一种集成自供电传感器的机械臂，包括：
[0006]多个软气动致动器；
[0007]第一TENG传感器；其中，所述第一TENG传感器耦合到每个所述软气动致动器上，且被配置为产生及输出表征所述软气动致动器响应用户在虚拟现实空间中选择的操作在真实空间中夹持目标物时的弯曲角度的输出信号；其中，所述虚拟现实空间复制并模拟所述真实空间；
[0008]第二TENG传感器；其中，所述第二TENG传感器耦合到每个所述软气动致动器上，且被配置为采集所述软气动致动器与所述目标物接触时产生的接触信息，并输出信号；
[0009]温度传感器；其中，所述温度传感器耦合到所述多个软气动致动器中的其中一个，且被配置为在所述软气动致动器与目标物接触时产生与目标物的温度相关的输出信号；
[0010]机器学习及分类模块；其中，机器学习及分类模块被配置为基于从所述第一TENG传感器的输出信号和所述第二TENG传感器的输出信号中提取的特征识别被所述软气动致动器夹持的所述目标物的形状，并输出表征所述目标物的形状的识别信号；和
[0011]界面，用于将来自所述机器学习及分类模块的所述识别信号和来自所述温度传感器的所述输出信号提供给虚拟化模块，使得所述虚拟化模块基于所述识别信号和来自所述温度传感器的所述输出信号在所述虚拟现实空间中重建一个与所述真实空间中的所述目标物具有相同大小和形态的虚拟目标物。
[0012]进一步地，所述第一TENG传感器包括：
[0013]可旋转齿轮，所述可旋转齿轮包括一个或多个相对于齿轮旋转轴向外延伸的齿轮齿，每个齿轮齿有第一电子亲和力的第一材料；
[0014]分层结构，包括：
[0015]第二材料层，其中，所述第二材料层具有不同于第一电子亲和力的第二电子亲和力；
[0016]电极层；和
[0017]与所述可旋转齿轮连接，用于使所述可旋转齿轮旋转，进而使得所述第一材料与所述第二材料层间歇性接触的条带。
[0018]进一步地，所述第二TENG传感器包括：
[0019]基板；
[0020]形成在基板上的电极阵列；和
[0021]用于将电极阵列封装在衬底上并具有第三电子亲和性的第三材料层；
[0022]其中，所述电极阵列包括一组间隔开的第一电极和一个第二电极，所述第二电极沿间隔开的所述第一电极进行延伸，使得能够基于经由所述第一电极和所述第二电极测量的摩擦电信号来确定所述第三材料和具有第四电子亲和性的第四材料之间的接触位置和接触面积。
[0023]进一步地，所述第一TENG传感器用于通过计算所述可旋转齿轮与第二材料层间歇性接触产生的摩擦电信号的输出峰的数量来测量所述软气动致动器的弯曲角度。
[0024]进一步地，所述温度传感器产生的与温度相关的输出信号包括叠加的热释电信号和压电信号，所述温度传感器具体用于基于热释电信号的输出幅值检测被抓取的目标物的温度。
[0025]进一步地，所述温度传感器为PVDF温度传感器，所述PVDF温度传感器包括极化PVDF膜，其中，在所述PVDF膜的两个相对面上设有第一银电极和第二银电极。
[0026]进一步地，所述PVDF温度传感器连接到所述软气动致动器的内表面。
[0027]进一步地，所述基板为TPU基板，所述第一电极是形成在所述TPU基板上的短电极，所述第二电极是形成在所述TPU基板上的长电极。
[0028]进一步地，所述TPU基板顶部覆盖有一层用作负摩擦电材料的硅树脂层。
[0029]进一步地，所述机械臂还包括安装在所述齿轮旋转轴上的蝶形弹簧，所述蝶形弹簧用于在空气流出所述软气动致动器时为所述软气动致动器提供恢复力。
[0030]进一步地，在对所述气动致动器充气时，所述条带被拉动，进而带动所述可旋转齿轮进行旋转，使得所述第一材料与所述第二材料层间歇性接触；
[0031]进一步地，所述第二材料层为负聚四氟乙烯(PTFE)膜。
[0032]进一步地，机器学习及分类模块具体用于基于通过1D
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CNN ML算法从所述第一TENG传感器的输出信号和所述第二TENG传感器的输出信号中提取特征并识别被所述软气动致动器夹持的所述目标物的形状和类别，并利用t
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SNE算法对提取出的特征进行可视化。
[0033]进一步地，所述软气动致动器为气动手指。
[0034]进一步地，所述第一TENG传感器为L
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TENG传感器，所述L
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TENG传感器配置为用于监测所述气动手指的手指弯曲；所述第二TENG传感器为T
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TENG传感器，所述T
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TENG传感器配置为采集所述气动手指与所述目标物接触时产生的接触信息。
[0035]本申请还提出了一种制造机械臂的方法，所述方法包括：
[0036]提供多个软气动致动器；
[0037]提供第一TENG传感器，其中，所述第一TENG传感器耦合到每个所述软气动致动器上，且被配置为产生及输出表征所述软气动致动器响应用户在虚拟现实空间中选择的操作在真实空间中夹持目标物时的弯曲角度的输出信号；其中，所述虚拟现实空间复制并模拟所述真实空间；
[0038]提供第二TENG传感器，其中，所述第二TENG传感器耦合到每个所述软气动致动器上，且被配置为采集及输出所述软气动致动器与所述目标物接触时产生的接触信号；
[0039]提供温度传感器，其中，所述温度传感器耦合到每个所述软气动致动器上，且被配置为在所述软气动致动器与目标物接触时产生与目标物的温度相关的输出信号；
[0040]提供机器学习及分类模块，其中，所述机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成自供电传感器的机械臂，包括：多个软气动致动器；第一TENG传感器；其中，所述第一TENG传感器耦合到每个所述软气动致动器上，且被配置为产生及输出表征所述软气动致动器响应用户在虚拟现实空间中选择的操作在真实空间中夹持目标物时的弯曲角度的输出信号；其中，所述虚拟现实空间复制并模拟所述真实空间；第二TENG传感器；其中，所述第二TENG传感器耦合到每个所述软气动致动器上，且被配置为采集所述软气动致动器与所述目标物接触时产生的接触信息，并输出信号；温度传感器；其中，所述温度传感器耦合到所述多个软气动致动器中的其中一个，且被配置为在所述软气动致动器与目标物接触时产生与目标物的温度相关的输出信号；机器学习及分类模块；其中，机器学习及分类模块被配置为基于从所述第一TENG传感器的输出信号和所述第二TENG传感器的输出信号中提取的特征识别被所述软气动致动器夹持的所述目标物的形状，并输出表征所述目标物的形状的识别信号；和界面，用于将来自所述机器学习及分类模块的所述识别信号和来自所述温度传感器的所述输出信号提供给虚拟化模块，使得所述虚拟化模块基于所述识别信号和来自所述温度传感器的所述输出信号在所述虚拟现实空间中重建一个与所述真实空间中的所述目标物具有相同大小和形态的虚拟目标物。2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一TENG传感器包括：可旋转齿轮，所述可旋转齿轮包括一个或多个相对于齿轮旋转轴向外延伸的齿轮齿，每个齿轮齿有第一电子亲和力的第一材料；分层结构，包括：第二材料层，其中，所述第二材料层具有不同于第一电子亲和力的第二电子亲和力；电极层；和与所述可旋转齿轮连接，用于使所述可旋转齿轮旋转，进而使得所述第一材料与所述第二材料层间歇性接触的条带。3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二TENG传感器包括：基板；形成在基板上的电极阵列；和用于将电极阵列封装在衬底上并具有第三电子亲和性的第三材料层；其中，所述电极阵列包括一组间隔开的第一电极和一个第二电极，所述第二电极沿间隔开的所述第一电极进行延伸，使得能够基于经由所述第一电极和所述第二电极测量的摩擦电信号来确定所述第三材料和具有第四电子亲和性的第四材料之间的接触位置和接触面积。4.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一TENG传感器用于通过计算所述可旋转齿轮与第二材料层间歇性接触产生的摩擦电信号的输出峰的数量来测量所述软气动致动器的弯曲角度。5.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述温度传感器产生的与温度相关的输出信号包括叠加的热释电信号和压电信号，所述温度传感器具体用于基于热释电信号的输出幅值检测被抓取的目标物的温度。
6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述温度传感器为PVDF温度传感器，所述PVDF温度传感器包括极化PVDF膜，其中，在所述PVDF膜的两个相对面上设有第一银电极和第二银电极。7.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述PVDF温度传感器连接到所述软气动致动器的内表面。8.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述基板为TPU基板，所述第一电极是形成在所述TPU基板上的短电极，所述第二电极是形成在所述TPU基板上的长电极。9.根据权利要求8所述的机械臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙仲达，朱铭鲁，李正国，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：