触觉传感器、触碰事件的检测方法、感知设备及机器人技术

本申请公开了一种触觉传感器、触碰事件的检测方法、感知设备及机器人，属于传感器设计领域。所述触觉传感器包括：传感单元、弹性体支撑外壳、柔性摩擦层薄膜；传感单元放置于弹性体支撑外壳与柔性摩擦层薄膜围合而成的内腔中；传感单元用于测量压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少一种；传感单元包括碳气凝胶、上电极和下电极，碳气凝胶夹设在上电极和下电极之间，上电极的位置与下电极的位置相对应。本申请中的触觉传感器实现了对压力、温度和摩擦等触觉信号的多功能传感。等触觉信号的多功能传感。等触觉信号的多功能传感。

【技术实现步骤摘要】
触觉传感器、触碰事件的检测方法、感知设备及机器人


[0001]本申请实施例涉及传感器设计领域，特别涉及一种触觉传感器、触碰事件的检测方法、感知设备及机器人。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的发展和广泛的应用，机器人不但需要完成设定的机械运动，还需要感知外界环境并做出反馈。因此，通常将触觉传感器与机器人相结合。
[0003]相关技术中，已有的机器人系统大多使用商业化的碳气凝胶基传感器，通过利用碳气凝胶对压力敏感的特性来检测运动、呼吸和脉搏等生理信号，将触觉传感器设置在机器人的特定部位，使机器人能够对接触的压力进行检测。
[0004]在机器人处于精密的仿生触觉领域或复杂的现实环境的情况下，传统的碳气凝胶基传感器仅仅能够检测压力这种单一信号，这对应用于仿生触觉领域的机器人是远远不够的，仅能感知单一压力刺激的传感器已经不能满足智能时代和人工智能领域的要求。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种触觉传感器、触碰事件的检测方法、感知设备及机器人，使得结合触觉传感器的机器人能够实现对触碰事件的压力、温度及摩擦的全方位感测。所述技术方案如下：
[0006]根据本申请的一方面，提供了一种触觉传感器，所述触觉传感器包括：传感单元、弹性体支撑外壳、柔性摩擦层薄膜；
[0007]所述传感单元放置于所述弹性体支撑外壳与所述柔性摩擦层薄膜围合而成的内腔中；所述传感单元用于测量压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少一种；
[0008]所述传感单元包括碳气凝胶、上电极和下电极，所述碳气凝胶夹设在所述上电极和所述下电极之间，所述上电极的位置与所述下电极的位置相对应。
[0009]根据本申请的一方面，提供了一种用触觉传感器的制备方法，所述方法包括：
[0010]在所述弹性体支撑外壳的内腔底部固定所述下电极，在所述柔性摩擦层薄膜的下表面固定所述上电极；
[0011]将所述碳气凝胶放置于所述弹性体支撑外壳的内腔；
[0012]将所述柔性摩擦层薄膜密封于所述弹性体支撑外壳的内腔开口上侧，以使得所述碳气凝胶完全密封于所述弹性体支撑外壳的内腔中，所述上电极的位置与所述下电极的位置相对应。
[0013]根据本申请的另一方面，提供了一种触碰事件的检测方法，所述检测方法包括：
[0014]获取所述触觉传感器的测量值，所述触觉传感器是上述的触觉传感器；
[0015]根据所述测量值，测量所述触碰事件的压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少一种。
[0016]根据本申请的另一方面，提供了一种电子皮肤，所述电子皮肤包括：
[0017]所述电子皮肤的表面覆盖有触觉传感器阵列，所述触觉传感器阵列包括至少两个上述的触觉传感器。
[0018]根据本申请的另一方面，提供了一种机器人，所述机器人包括：
[0019]所述机器人表面预设位置处覆盖有上述的触觉传感器，或，如上述的电子皮肤。
[0020]根据本申请的另一方面，提供了一种感知设备，所述感知设备包括：
[0021]控制器和触觉传感器，所述触觉传感器包括至少一个上述的触觉传感器，所述控制器连接所述触觉传感器并执行以实现如上述的触碰事件的检测方法。
[0022]根据本申请的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如上方面所述的触碰事件的检测方法。
[0023]本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0024]通过将上电极、碳气凝胶和下电极平行叠放放置于弹性体支撑外壳内部，柔性摩擦层薄膜与弹性体支撑外壳对碳气凝胶实施封装。本申请中的触觉传感器实现了对压力、温度和摩擦等触觉信号的多功能传感。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感系统的结构示意图；
[0027]图2是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器的结构示意图；
[0028]图3是本申请一个示例性实施例提供的电极排列方式的示意图；
[0029]图4是本申请一个示例性实施例提供的碳气凝胶的制备方法的流程图；
[0030]图5是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器的制备方法的流程图；
[0031]图6是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的检测方法的流程图；
[0032]图7是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的压力信号的检测方法的流程图；
[0033]图8是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同压力下的绝对电流信号和相对电流信号的响应示意图；
[0034]图9是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同压力下对应的电流、电压曲线示意图；
[0035]图10是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的温度信号的检测方法的流程图；
[0036]图11是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同温差下的电压响应示意图；
[0037]图12是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同温差下的电压响应的灵敏度示意图；
[0038]图13是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的摩擦信号的检测方法的流程
图；
[0039]图14是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在测量摩擦信号时的工作原理图；
[0040]图15是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同压力下的摩擦信号示意图；
[0041]图16是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在测摩擦信号时的处理稳定性示意图；
[0042]图17是本申请一个示例性实施例提供的电子皮肤的示意图；
[0043]图18是本申请一个示例性实施例提供的感知设备的结构示意图；
[0044]图19是本申请一个示例性实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
[0045]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
[0046]图1示出了本申请一个示例性实施例提供的触觉传感系统的结构示意图，该触觉传感系统100包括智能机器人10、触觉传感器101、触觉传感器102、触觉传感器103和触觉传感器104，多个触觉传感器贴附在智能机器人10上，如图1的(a)所示，本申请实施例提供的触觉传感器是柔性的，可贴附在智能机器人10外表面上，形成“电子皮肤”，被贴附的智能机器人10外表面可以是任意形状的，如球体、半球体、圆柱体、不规则形状等等，示意性的，如图1的(a)所示，触觉传感器101贴附在智能机器人10的头部、触觉传感器102贴附在智能机器人的胸部、触觉传感器103贴附在智能机器人的腹部、触觉传感器10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种触觉传感器，其特征在于，所述触觉传感器包括：传感单元(21)、弹性体支撑外壳(22)、柔性摩擦层薄膜(23)；所述传感单元(21)放置于所述弹性体支撑外壳(22)与所述柔性摩擦层薄膜(23)围合而成的内腔中；所述传感单元(21)用于测量压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少一种；所述传感单元(21)包括碳气凝胶(213)、上电极(211)和下电极(212)，所述碳气凝胶(213)夹设在所述上电极(211)和所述下电极(212)之间，所述上电极(211)的位置与所述下电极(212)的位置相对应。2.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，所述传感单元(21)用于在第一工作时间内测量所述压力信号，在第二工作时间内测量所述温度信号，和/或在第三工作时间内测量所述摩擦信号；其中，所述第一工作时间、所述第二工作时间和所述第三工作时间均不同。3.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，所述传感单元(21)，完全封装于所述弹性体支撑外壳(22)的内腔中，所述柔性摩擦层薄膜(23)密封设置在所述弹性体支撑外壳(22)的内腔开口上。4.根据权利要求1至3任一所述的触觉传感器，其特征在于，所述触觉传感器还包括第一导线(24)和第二导线(25)；所述上电极(211)与所述第一导线(24)相连接，所述下电极(212)与所述第二导线(25)相连接，所述第一导线(24)与所述第二导线(25)从所述柔性摩擦层薄膜(23)与所述弹性体支撑外壳(22)的密封结合处引出。5.根据权利要求1至3任一所述的触觉传感器，其特征在于，所述下电极(212)通过胶水固定于所述弹性体支撑外壳(22)的内腔底部；所述上电极(211)通过胶水固定于所述柔性摩擦层薄膜(23)的下表面；所述柔性摩擦层薄膜(23)与所述弹性体支撑外壳(22)通过胶水固定，从而完全封装所述传感单元(21)。6.根据权利要求1至5任一所述的触觉传感器，其特征在于，所述弹性体支撑外壳(22)包括聚二甲基硅氧烷PDMS、线性三嵌共聚物SEBS、共聚酯Ecoflex、聚酰胺PA、聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC和聚偏氟乙烯PVDF中的至少一种。7.根据权利要求1至5任一所述的触觉传感器，其特征在于，所述柔性摩擦层薄膜(23)包括全氟乙烯丙烯共聚物FEP、聚四氟乙烯PTFE、PE、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰亚胺薄膜材料Kapton、聚碳酸酯PC、尼龙Nylon、聚氯乙烯PVC中的至少一种。8.根据权利要求1至5任一所述的触觉传感器，其特征在于，所述上电极(211)和所述下电极(212)包括银浆、铜箔、铝箔、铁箔、导电碳纸、导电聚合物中的至少一种。9.一种触觉传感器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备如权利要求1至8任一所述的触觉传感器，所述方法包括：在所述弹性体支撑外壳(22)的内腔底部固定所述下电极(212)，在所述柔性摩擦层薄膜(23)的下表面固定所述上电极(211)；将所述碳气凝胶(213)放置于所述弹性体支撑外壳(22)的内腔；将所述柔性摩擦层薄膜(23)密封于所述弹性体支撑外壳(22)的内腔开口上侧，以使得
所述碳气凝胶(213)完全密封于所述弹性体支撑外壳(22)的内腔中，所述上电极(211)的位置与所述下电极(212)的位置相对应。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：将与所述上电极(211)相连的所述第一导线(24)，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚，赵慧琦，戴媛，张正友，
申请(专利权)人：腾讯科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：