用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器，属于医疗机器人触觉感知领域。解决压阻式柔性触觉传感器满足动态和静态测量的条件下动态测量数据采集迟滞及测量精度低的问题。本发明专利技术将压电式与压阻式敏感单元交替排列，构成大范围阵列式的传感区域，具体应用时可依托选上压电选通层和下压电选通层对形成互锁的相应的两个压电式敏感单元或相应的压阻式敏感单元进行选通，完成触觉信号的输出；所述的通过将压电式敏感单元和压阻式敏感单元设置为由紧密排布的半球形阵列构成。本发明专利技术主要应用在医用康复场景的机器人上。康复场景的机器人上。康复场景的机器人上。
【技术实现步骤摘要】
用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器
[0001]本专利技术属于医疗机器人触觉感知领域。
技术介绍
[0002]机器人技术由以下五大关键支撑技术构成:机构、传感、控制、人工智能、人机交互技术。传感器技术是机器人控制、交互和智能化的前提，是机器人感知环境和完成任务的基础。
[0003]触觉是生物获取外界信息的一种重要知觉形式，是机器人获取环境信息的一种仅次于视觉的重要知觉形式，且在局部精准感知方面触觉模态更有优势，是机器人实现与外界环境直接作用的必须媒介，尤其在医疗机器人使用场景中，对于触觉信息以及人机接触过程的安全性提出了更高要求。
[0004]触觉传感器可感知的信息量很大，它不仅反映了机器人与环境的交互情况，而且反映了所接触目标的各种物理属性，如位置、形状、刚度、柔软度、纹理、导热性、黏滞性等。在机器智能感知研究中，对于视觉感知方面的研究较多。而机器触觉感知技术更容易获取物体的属性信息，能够更高效地处理数据信息，弥补视听交互信息的不足，同时保证人机安全性。
[0005]柔性触觉传感器易于贴合皮肤等不规则表面，相比刚性传感器具有更佳的穿戴舒适性，在人机交互、医疗设备、可穿戴设备、健康监测等领域发挥着重要作用。所以，柔性触觉传感器的研究有着重要意义。
[0006]传统柔性触觉传感器采用压电式或压阻式的原理，压电式无法满足非动态力的测量需求，仅能在动态测量场景下应用，且测量精度低；压阻式虽然可在动态和静态场景下均能实现测量，但是存在动态测量时数据采集迟滞影响后续数据应用、功耗大、同样存在测量精度低；因此，如何解决压阻式柔性触觉传感器满足动态和静态测量的条件下消除动态测量数据采集迟滞、并提高测量精度亟需解决。
技术实现思路
[0007]本专利技术目的是为了解决压阻式柔性触觉传感器满足动态和静态测量的条件下动态测量数据采集迟滞及测量精度低的问题，本专利技术提供了一种用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器。
[0008]用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器，包括由上至下依次排布的上压电选通层、上力敏感层、下力敏感层和下压电选通层；
[0009]上力敏感层和下力敏感层的相对设置、二者接触，并且二者的接触面上均喷涂有导电材质；上力敏感层和下力敏感层均为由N列压电式敏感单元和N列压阻式敏感单元之间交替排列的阵列构成，且上力敏感层的N列压电式敏感单元与下力敏感层的N列压电式敏感单元相对设置，上力敏感层的N列压阻式敏感单元与下力敏感层的N列压阻式敏感单元相对设置；N为整数；
[0010]上力敏感层上的所有压电式敏感单元和压阻式敏感单元均设置在上压电选通层上的阵列分布的选通节点上；下力敏感层上的所有压电式敏感单元和压阻式敏感单元均设置在上压电选通层上的阵列分布的选通节点上；
[0011]压电式敏感单元和压阻式敏感单元均为由紧密排布的半球形阵列构成，且相对设置的压电式敏感单元上的半球形和相对设置的压阻式敏感单元上的半球形均相互错开，使得相对设置的压电式敏感单元上的半球形阵列、以及相对设置的压阻式敏感单元上的半球形阵列相互挤压时均形成互锁。
[0012]优选的是，用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器，还包括两个对称设置的柔性基底层；
[0013]两个柔性基底层分别粘贴在上压电选通层的上表面和下压电选通层的下表面。
[0014]优选的是，柔性基底层采用非导电材料PET材料制成。
[0015]优选的是，上压电选通层为由在非导电基板上喷涂导电银浆形成的第一选通电路构成；
[0016]第一选通电路中各选通节点在非导电基板上以阵列的形式排布，且每列选通节点串联连接后作为上压电选通层的一个信号端引出。
[0017]优选的是，下压电选通层为由在非导电基板上喷涂导电银浆形成的第二选通电路构成；
[0018]第二选通电路中各选通节点在非导电基板上以阵列的形式排布，且每行选通节点中从左至右方向上序号为奇数的选通节点同时连接后作为下压电选通层的一个信号端引出、序号为偶数的选通节点同时连接后作为下压电选通层的另一个信号端引出。
[0019]优选的是，压电式敏感单元和压阻式敏感单元的半球形阵列的半球面上喷涂的导电材质为石墨烯。
[0020]优选的是，压电式敏感单元采用PVDF材料制成，压阻式敏感单元采用PDMS材料制成。
[0021]优选的是，压电式敏感单元为对一层PVDF材料的表面进行光刻，制成紧密排布的半球形阵列。
[0022]优选的是，压阻式敏感单元为对采用PDMS材料的表面进行光刻，制成紧密排布的半球形阵列。
[0023]优选的是，上压电选通层和下压电选通层上的选通节点的个数均为上力敏感层或下力敏感层上所有压电式敏感单元与所有压阻式敏感单元数量之和。
[0024]原理分析：本专利技术将压电式与压阻式敏感单元交替排列，构成大范围阵列式的传感区域，具体应用时可依托选上压电选通层和下压电选通层对形成互锁的相应的两个压电式敏感单元或相应的压阻式敏感单元进行选通，完成触觉信号的输出，后续可依托信号处理模块完成触觉信息的三维重构。
[0025]本专利技术带来的有益效果是：
[0026]本专利技术通过将压电式敏感单元和压阻式敏感单元设置为由紧密排布的半球形阵列构成，且相对设置的压电式敏感单元上的半球形和相对设置的压阻式敏感单元上的半球形均相互错开，使得相对设置的压电式敏感单元上的半球形阵列、以及相对设置的压阻式敏感单元上的半球形阵列相互挤压时均形成互锁，增加上、下两个相对的压电式敏感单元
或压阻式敏感单元上的半球形间的相互接触面积，提高测量精度。本专利技术即可实现动态、又可静态测量，且在动态和静态测量时均能保证测量精度，且在进行动态测量时通过选通形成互锁的相对设置的压电式敏感单元进行测量，克服了数据采集迟滞问题。
[0027]本专利技术主要是针对医用康复场景的机器人设计了一种能够在机器人末端或医师上使用的一种柔性触觉传感器。为了配合医疗工作的进行，具体应用时，柔性触觉传感器制作成合适的形状大小，且具备一定柔性，便于对整个柔性触觉传感器在工作时应当具有高灵敏，高精度，对于动态与静态场景均有较强的适应性的特点；本专利技术的整个柔性触觉传感器的结构设计简单高效、具有广泛使用场景。
[0028]本专利技术与现有技术相比：
[0029]1.本专利技术的一种用于医疗康复的柔性触觉传感器，精细化了敏感元件微观结构，采用相互的半球形互锁结构，在提高测量精度的同时进一步实现了对三维力的感知；
[0030]2.本专利技术的使用了阵列式的传感布置，相比传统的传感方式，进一步实现了更为精细的力感知，并进一步实现了包括滑觉等在内的触觉感知；
[0031]3.本专利技术的使用了压电材料与压阻材料的联合使用，通过二者交替布置，弥补了传统压电传感器对非动态力的测量的缺点与传统压阻传感器迟滞、动态性能不足的缺陷，实现了二者的优势互补；
[0032]4.本专利技术的整体结构简单，采用市面常见的材料，使得整个装置性能稳定，结构简单，可靠性高，便于维护。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器，其特征在于，包括由上至下依次排布的上压电选通层(1)、上力敏感层(2)、下力敏感层(3)和下压电选通层(4)；上力敏感层(2)和下力敏感层(3)的相对设置、二者接触，并且二者的接触面上均喷涂有导电材质；上力敏感层(2)和下力敏感层(3)均为由N列压电式敏感单元(5)和N列压阻式敏感单元(6)之间交替排列的阵列构成，且上力敏感层(2)的N列压电式敏感单元(5)与下力敏感层(3)的N列压电式敏感单元(5)相对设置，上力敏感层(2)的N列压阻式敏感单元(6)与下力敏感层(3)的N列压阻式敏感单元(6)相对设置；N为整数；上力敏感层(2)上的所有压电式敏感单元(5)和压阻式敏感单元(6)均设置在上压电选通层(1)上的阵列分布的选通节点上；下力敏感层(3)上的所有压电式敏感单元(5)和压阻式敏感单元(6)均设置在上压电选通层(1)上的阵列分布的选通节点上；压电式敏感单元(5)和压阻式敏感单元(6)均为由紧密排布的半球形阵列构成，且相对设置的压电式敏感单元(5)上的半球形和相对设置的压阻式敏感单元(6)上的半球形均相互错开，使得相对设置的压电式敏感单元(5)上的半球形阵列、以及相对设置的压阻式敏感单元(6)上的半球形阵列相互挤压时均形成互锁。2.根据权利要求1所述的用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器，其特征在于，还包括两个对称设置的柔性基底层(7)；两个柔性基底层(7)分别粘贴在上压电选通层(1)的上表面和下压电选通层(4)的下表面。3.根据权利要求2所述的用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器，其特征在于，柔性基底层(7)采用非导电材料PET材料制成。4.根据权利要求1所述的用于医疗康复机器人的柔性触觉传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚崇，李长乐，单意涵，张雷锋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。