一种超分辨率触觉传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种超分辨率触觉传感器，包括PCB板，设于PCB板上的MCU芯片和覆盖于PCB板上的柔性壳体；柔性壳体在PCB板上形成的空间被划分为若干独立腔室；各个独立腔室内均设有MEMS气压传感器，每一MEMS气压传感器的信号端均与MCU芯片连接；MCU芯片被配置为：在柔性壳体受到外界激励时，构建独立腔室对应的感受野；依次绘制各个感受野对应的等值曲线，等值曲线反映壳体应变力和触摸点坐标之间的关系，重叠各个等值曲线，根据各个等值曲线的相交位置，得到外界激励对应的触摸点坐标。本发明专利技术实施例提供的超分辨率触觉传感器，通过重叠相邻感知单元的感受野，并求解等值曲线的交点位置，以实现触觉超分辨。以实现触觉超分辨。以实现触觉超分辨。

【技术实现步骤摘要】
[0019]其中，P为对应的MEMS气压传感器信号值，F为壳体应变力，d为外界激励的位置，δ
P
为服从正态分布的噪声，I为当气压传感器信号值为Pi时激励源的力度
‑
位置曲线，F0为最小触发力。
[0020]作为其中一种优选方案，在所述重叠各个所述等值曲线，根据各个所述等值曲线的相交位置，得到外界激励对应的触摸点坐标后，所述MCU芯片还被配置为：
[0021]根据所述等值曲线的三个维度，基于超分辨的等值曲线公式，对所述触摸点坐标进行超分辨率显示；
[0022]所述超分辨的等值曲线公式为：
[0023]P＝Ω(F,x,y)+δ
P
[0024]其中，P为对应的MEMS气压传感器信号值，Ω(F，x，y)为等值曲面，F，x，y为等值曲线的三个维度，δ
P
为服从正态分布的噪声。
[0025]作为其中一种优选方案，所述PCB板上还设有最小系统外围电路，所述最小系统外围电路包括外部晶振、电源管理芯片和电平转换芯片。
[0026]作为其中一种优选方案，所述柔性壳体由橡胶制成。
[0027]作为其中一种优选方案，各个所述独立腔室内还设有温度传感器、仪表放大器和模数转换器。
[0028]作为其中一种优选方案，各所述MEMS气压传感器、所述温度传感器、所述仪表放大器和所述模数转换器通过FPC排线等方式与所述MCU芯片电气连接。
[0029]作为其中一种优选方案，各所述MEMS气压传感器设于对应的所述独立腔室底部，通过环氧树脂密封覆盖于所述柔性壳体与所述PCB板之间的衔接处。
[0030]作为其中一种优选方案，各个所述独立腔室为上凸形结构。
[0031]相比于现有技术，本专利技术实施例的有益效果在于以下所述中的至少一点：
[0032](1)以空气作为媒介，将外部柔性壳体受力形变转化为内部独立腔室气体压强的改变，再由腔室内所设置的MEMS压力传感器将气体压强的变化进行数字采样处理。高精度的MEMS压力传感器可以通过气体压强的变化感受到外部柔性壳体极其微小的形变，从而大大提高了传感器的灵敏度，并且可以通过调节传感器壳体的材料来调整其灵敏度和量程，最小触发力可达10mg；
[0033](2)对单一腔室来说，由于边界条件的存在，参考挠曲面方程，当传感器表面某一点受力时，其产生的应变大小与该接触位置到边界的距离是高度相关的，而其内部气压的变化则决定于壳体的形变大小。其他因素确定时，气体压强对应接触位置的解空间为一个特定范围的区域。因此，本专利技术通过重叠多个腔室的感受野，将各个腔室内部气压对应接触位置的解空间相交，得到概率最高的接触位置点的坐标；
[0034](3)本专利技术通过超分辨的方式而不是仅仅通过离散的传感器阵列进行接触位置的定位，使得接触位置的空间分辨率不再受限于传感器阵列单元的排布分辨率，避免了离散传感器阵列提高定位分辨率时总成本、硬件电路的复杂程度、重量和体积都相应增加的缺陷；
[0035](4)本专利技术的传感媒介空气作为一种连续介质，对于柔性壳体任意位置的形变均可由腔室内气体压强的变化传递给气压传感器，因此本专利技术中触觉的感受野是连续的，不存在离散传感器阵列所存在的触觉盲区问题。
附图说明
[0036]图1是本专利技术其中一种实施例中的超分辨率触觉传感器的PCB板的结构示意图；
[0037]图2是本专利技术其中一种实施例中的超分辨率触觉传感器的柔性壳体的结构示意图；
[0038]图3是本专利技术其中一种实施例中的触觉传感器的构造示意图；
[0039]图4是本专利技术其中一种实施例中的等值曲线的示意图；
[0040]图5是本专利技术其中一种实施例中的力
‑
变形曲线；
[0041]图6是本专利技术其中一种实施例中的密封后各感知单元等值线分布示意图；
[0042]图7是本专利技术其中一种实施例中的等值线交点的示意图；
[0043]附图标记：
[0044]其中，1、PCB板；2、柔性壳体。
具体实施方式
[0045]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，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0046]在本申请描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0047]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0048]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有定义，本专利技术所使用的所有的技术和科学术语与属于本的
的技术人员通常理解的含义相同。本专利技术中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0049]本专利技术一实施例提供了一种超分辨率触觉传感器，具体的，请参见图1～图2，图1示出为本专利技术其中一种实施例中的超分辨率触觉传感器的PCB板的结构示意图，图2示出为本专利技术其中一种实施例中的超分辨率触觉传感器的柔性壳体的结构示意图(图1中包括四个小的PCB板，图2中包括三个小的柔性壳体)，超分辨率触觉传感器包括PCB板1，设于所述PCB板1上的MCU芯片和覆盖于所述PCB板1上的柔性壳体2；所述柔性壳体2在所述PCB板1上
形成的空间被划分为若干独立腔室(图1为4个，图2为3个)；各个所述独立腔室内均设有MEMS气压传感器，每一所述MEMS气压传感器的信号端均与所述MCU芯片连接。
[0050]需要说明的是，传感器阵列接触定位的分辨率取决于传感器单元分布的密集程度。倘若需要定位分辨率的进一步提高，传感器单元的数目将会呈几何倍数增长。触觉传感器的总成本、硬件电路的复杂程度、重量和体积都会相应增加。而触觉传感器通常要求具有体积小、重量轻的特点，用于安装触觉传感器的空间也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超分辨率触觉传感器，其特征在于，包括PCB板，设于所述PCB板上的MCU芯片和覆盖于所述PCB板上的柔性壳体；所述柔性壳体在所述PCB板上形成的空间被划分为若干独立腔室；各个所述独立腔室内均设有MEMS气压传感器，每一所述MEMS气压传感器的信号端均与所述MCU芯片连接；所述MCU芯片被配置为：在所述柔性壳体受到外界激励时，构建各个所述独立腔室对应的感受野；依次绘制各个所述感受野对应的等值曲线，所述等值曲线反映壳体应变力和触摸点坐标之间的关系，其中，所述壳体应变力由对应的所述独立腔室内的气压变化值反映，所述气压变化值由对应的所述MEMS气压传感器检测得到；重叠各个所述等值曲线，根据各个所述等值曲线的相交位置，得到外界激励对应的触摸点坐标。2.如权利要求1所述的超分辨率触觉传感器，其特征在于，所述依次绘制各个所述感受野对应的等值曲线，具体包括：根据等值线的数学模型进行绘制，所述数学模型具体为：单条等值线：P＝f(F,d)+δ
P
等值线簇：f(F,d)＝P
i
且F≥F0其中，P为对应的MEMS气压传感器信号值，F为壳体应变力，d为外界激励的位置，δ
P
为服从正态分布的噪声，I为当气压传感器信号值为Pi时激励源的力度
‑
位置曲线，F0为最小触发力。3.如权利要求1所述的超分辨率触觉传感器，其特征在于，在所述重...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢雪梅，张艺谱，李旭阳，李家伟，石光明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：