一种自反馈识别系统及其应用技术方案

本发明专利技术涉及一种自反馈识别系统及其应用，属于自动化设备技术领域。系统包括依次连接的自驱动传感器、整流模块、自反馈模块和机械臂，其中，自驱动传感器,用于识别物体的基本信息；整流模块，用于实现交流电和直流电之间能量或信号的转化；自反馈模块，用于判断是否触发机械臂的抓取、搬运动作；机械臂，用于执行抓取、搬运的任务。本发明专利技术的传感器由自然界直接供能，最终作用于待识别物体且能量源源不断，可实现真正的自反馈识别，而且可以通过不同物体本身的性质不同，来实现器械识别，其成本更低。其成本更低。其成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种自反馈识别系统及其应用


[0001]本专利技术涉及一种自反馈识别系统及其应用，属于自动化设备


技术介绍

[0002]机械臂已有70多年历史，诞生于20世纪40年代，目前主要应用在航天、喷漆、弧焊、医疗等领域。从“遨龙一号”到医疗领域可见的手术机器人，机械臂都不可或缺，占据着重要地位。在工业上，机械臂是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线。在医疗领域，不同于普通机器人机械臂，手术机器人的机械臂往往需要很高的精度，在微创手术上，已经得到了广泛运用。
[0003]尽管机械臂发展速度也越来越快，可以减少劳动力使用，提高效率，但是在实际应用中还是有一定的局限性。首先现有的机械臂往往是由多个部分组成，其体积较大，操作系统也相对复杂，且需要外接能源。其次在医疗方面，当前的手术机器人已经，广泛用于普外科，心脏外科，胸外科等手术。但手术器械的更换仍是用传统办法，手术过程中需要更换不同的器械，目前都是主操作医生发出指令，再由助手将机械臂上的器械拆下，更换器械。这种方式识别器械的准确度低，且延长了手术时间，还提高了手术器械被污染的风险。尽管目前已经有相关的设备通过在手术器械上安装芯片，从而达到识别手术器械的种类，但是制造芯片的成本高，难以推广和普及。
[0004]如中国专利CN105000382B全自动可识别反馈的拾片机械臂装置，公开了一种全自动可识别反馈的拾片机械臂装置，包括金属接近开关，钙片连杆摆臂结构，吸嘴儿抽真空装置，步进电机，光纤信号放大器，气泵微动吸盘，plc控制器和盖片盛放装置。通过金属接近开关，对盖片正反进行检测，并通过步进电机将盖片放置到指定位置。该装置的传感器等部件均需要外界电源功能，且没有办法对多种材料进行识别。
[0005]为此，提出本专利技术，传感器等部件均由自然界直接供能，最终作用于待识别物体且能量源源不断，可实现真正的自反馈识别。
[0006]作为一个新兴的领域，自供电设备能够将周围的热、机械等能量转换成电能，与传统电源驱动的电子设备(如电池和电容器受体积庞大、寿命有限、对环境不友好等限制)相比，自供电设备显示出巨大的优越性。
[0007]近年来，摩擦纳米发电机(TENG)作为一种绿色、环保和可持续的能源器件，具有材料利用率高、可设计性强、成本低等优点，受到人们的广泛关注。基于不同摩擦电材料间的接触带电和静电感应的协同效应，TENG可以有效地用于获取机械能，转化成电能或者相应的电学信号。另外，压电纳米发电机(PENG)是另一种广泛使用的基于压电效应的能量收集技术，当对压电材料施加外力时，由于电偶极矩的产生，会形成内部压电势，以常见的氧化锌(ZnO)纳米线为例，当沿c轴对ZnO纳米线施加压缩或拉伸应变时，纳米线的两端分别产生正压电电位和负压电电位，通过周期性地施加动态外力，可以顺序改变压电势，这有助于连续流过外部电路的交流脉冲电流。压电材料和柔性基板是构成PENG的两个关键要素，通过选择压电材料和优化设备结构，可以进一步提高基于PENG的医疗传感器的传感性能。自驱
动传感器具有环保、轻便、低成本、使用寿命长等特点，可以将环境中的各种能量转换为电能，并在一定程度上取代电池。
[0008]在中国专利CN105848606A一种智能骨科手术系统中，提到了一种识别手术器识别和校检方法。其提到，手术器械中安装芯片，芯片是机械臂识别医疗器械类型的唯一表示。该专利通过芯片识别手术器械类型的成本过高，且随着手术器械的更换，芯片的后期处理也很繁杂。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种自反馈识别系统及其应用，传感器等部件均由自然界直接供能，最终作用于待识别物体且能量源源不断，可实现真正的自反馈识别，而且可以通过不同物体本身的性质不同，来实现器械识别，其成本更低。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种自反馈识别系统，包括依次连接的自驱动传感器、整流模块、自反馈模块和机械臂，其中，
[0012]自驱动传感器,用于识别物体的基本信息；
[0013]整流模块，用于实现交流电和直流电之间能量或信号的转化；
[0014]自反馈模块，包括与物体材料、形状相关的各类物体特征的摩擦电序列表和压电数据库，以及物体特性相关电信号的处理模块，接受并识别电信号，同时基于摩擦电序列表和压电数据库的前期机器学习结果，用于判断是否触发机械臂的抓取、搬运动作；
[0015]机械臂，用于执行抓取、搬运的任务。
[0016]优选的，自驱动传感器包括基体和复合式纳米发电机，基体上呈圆形阵列式分布设置有复合式纳米发电机，复合式纳米发电机包括由上到下依次设置的圆形的第一电极层、压电层、第一摩擦层、第二摩擦层和第二电极层，第一电极层和第二电极层外侧设置有封装层，第一电极层和第二电极层分别通过导线连接整流模块，第一电极层、压电层、第一摩擦层、第二摩擦层、第二电极层和封装层边缘通过热封组装在一起，第一摩擦层和第二摩擦层之间留置有空气腔，整体构建了由外部作用力驱动、结构稳定、灵敏度高、长程稳定的自驱动传感器，实现对物体种类和形状准确识别。
[0017]本申请基于压电纳米发电机(PENG)和摩擦电纳米发电机(TENG)构建自驱动传感器。一方面，当自驱动传感器与物体接触时，不同形状特征的物体对压电层施加的作用力不同，使得压电材料发生极化，而基体上的复合式纳米发电机所受到的作用力不同，以此对物体的形状进行识别，另一方面，当识别到不同材料的物体时，第一摩擦层和第二摩擦层的电子转移能力不同，输出不同，进而实现不同材料的识别，结合起来，复合式传感器可实现不同物体的材料及形状识别。
[0018]自驱动传感器的工作原理为摩擦起电、静电感应耦合及压电作用，摩擦纳米发电机和压电纳米发电机串联。
[0019]TENG部分为接触分离模式，TENG的发电机制是基于接触面积和物体之间距离的变化，当物体与TENG接触时，第一摩擦层和第二摩擦层的材料表面产生等量异种电荷，此时电子从第二电极层流向第一电极层；当物体与TENG分离时，由电荷产生的电势差会驱动电子从第一电极层流向第二电极层形成电流，周期性的触摸过程可实现机械能到电能/电信号
的持续转化，执行主动式传感功能。当传感器与物体完全接触时，随着施加在传感器上的压力增加，压电层发生形变，进而产生电流感应电势。当施加在传感器上的力减小时，压电层形变量减小，产生反向电流感应电势。压电层经历了“无变形
‑
轻微变形
‑
最大变形
‑
轻微变形
‑
不变形”的一系列运动过程，感应电势相应的有规律变化，产生交流电。
[0020]优选的，所述第一摩擦层选用生物相容性良好的高功函金属材料，金、银、铜、镁、铝、钛、铁、钴、镍、锌、镓、锗、钼、铂和导电金属氧化物中的一种或多种，利用磁控溅射、热蒸镀等方法制备第一摩擦层，第一摩擦层的厚度为10
‑
100μm，第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自反馈识别系统，其特征在于，包括依次连接的自驱动传感器、整流模块、自反馈模块和机械臂，其中，自驱动传感器,用于识别物体的基本信息；整流模块，用于实现交流电和直流电之间能量或信号的转化；自反馈模块，用于判断是否触发机械臂的抓取、搬运动作；机械臂，用于执行抓取、搬运的任务。2.如权利要求1所述的自反馈识别系统，其特征在于，自驱动传感器包括基体和复合式纳米发电机，基体上呈圆形阵列式分布设置有复合式纳米发电机，复合式纳米发电机包括由上到下依次设置的圆形的第一电极层、压电层、第一摩擦层、第二摩擦层和第二电极层，第一电极层和第二电极层外侧设置有封装层，第一电极层和第二电极层分别通过导线连接整流模块，第一电极层、压电层、第一摩擦层、第二摩擦层、第二电极层和封装层边缘通过热封组装在一起，第一摩擦层和第二摩擦层之间留置有空气腔。3.如权利要求2所述的自反馈识别系统，其特征在于，所述第一摩擦层选用高功函金属材料，第一摩擦层的厚度为10
‑
100μm，第一摩擦层的直径为5mm
‑
7mm；第二摩擦层选用绝缘体材料，第二摩擦层的直径为5mm
‑
7mm；优选的，第一摩擦层的厚度为50
‑
80μm，第一摩擦层的直径为5mm，第一摩擦层的直径为5mm。4.如权利要求3所述的自反馈识别系统，其特征在于，第一摩擦层和第二摩擦层表面通过离子刻蚀或电化学腐蚀构筑有微纳结构。5.如权利要求4所述的自反馈识别系统，其特征在于，压电层选用压电纳米材料，为氧化锌、聚偏氟乙烯、压电陶瓷和压电晶体中的一种或多种，压电层厚度为20
‑
200μm，压电层的直径为5mm
‑
7mm；优选的，压电层厚度为50
‑
100μm，压电层的直径为5mm。6.如权利要求5所述的自反馈识别系统，其特征在于，第一电极层选用金、银、铂、铝、镍、铜、钛、铬或硒，第一电极层厚度为50
‑
200μm，第一电极层的直径为5mm
‑
7mm；第二电极层选用不同于第一电极层的高功函金属片或金属箔，第二电极层厚度为50
‑
200μm，第二电极层的直径为5mm
‑
7mm；优选的，第一电极层厚度为50
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李方洲，
申请(专利权)人：李方洲，
类型：发明
国别省市：