用于感测力的传感器布置和用于制造传感器布置的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于感测力的传感器布置，所述传感器布置包括柔性电路板、多个气压传感器、刚性芯和覆盖所述多个气压传感器并提供测量面的柔顺层。本发明专利技术还涉及一种用于制造这种传感器布置的方法。传感器布置的方法。传感器布置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感测力的传感器布置和用于制造传感器布置的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于感测力的传感器布置和一种用于制造用于感测力的传感器布置的方法。

技术介绍

[0002]在开发机器人等应用程序时，感知施加在机器人的手或机器人另一部分(例如腿或操纵装置)上的力对于赋予机器人增强的移动和/或操纵物体的能力至关重要。可以用在机器人应用中以便获得关于所施加的力的反馈的传感器布置的已知实现是非常昂贵的并且没有足够的分辨率。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术的一个目的是提供一种与现有技术不同或优化的用于感测力的传感器布置。另一个目的是提供一种制造这种传感器布置的方法。
[0004]这些目的是通过主要权利要求的主题实现的。优选实施例可例如从从属权利要求中导出。权利要求的内容通过明确引用而成为说明书的内容。
[0005]本专利技术涉及一种用于感测力的传感器布置。所述传感器布置包括柔性电路板。所述传感器布置包括安装所述在柔性电路板上的多个气压传感器。所述传感器布置包括刚性芯，所述柔性电路板包裹并安装到刚性芯上，使得所述柔性电路板至少部分地覆盖所述刚性芯使所述多个气压传感器从所述刚性芯突出。所述传感器布置还包括覆盖所述多个气压传感器并提供测量面的柔顺层(compliant layer)。
[0006]这种传感器布置可以低成本制造并提供高分辨率。
[0007]所述柔性电路板应理解为单独使用时是柔性的，尤其是在安装到所述刚性芯上之前。这种柔性电路板易于制造和处理，从而减少了工作量和成本。所述气压传感器可以是许多工业或科学应用中使用的标准类型。因此，它们非常便宜。气压传感器通常提供与施加在气压传感器上的力成比例的输出信号(即压力值)。这可以看作是气压传感器的定义。一般来说，可以使用任何压力传感器。
[0008]所述刚性芯通常由刚性材料制成，例如塑料材料或金属。它提供了传感器布置的稳定性，尤其是在施加力时。因此，所述柔顺层可以响应于施加的力而变形，而所述刚性芯吸收力并提供不可变形的参考。
[0009]所述柔性电路板至少部分覆盖刚性芯的特征通常意味着所述刚性芯的至少一部分被柔性电路板覆盖。通常，所述刚性芯可以具有旨在被柔性电路板覆盖的表面，并且柔性电路板可以部分地或完全地覆盖所述表面。因此，所述柔性电路板可能会留下一部分所述刚性芯的表面未被覆盖。
[0010]所述柔性电路板的柔性通常意味着它可以在其分离的状态下容易地弯曲，特别是还没有安装在所述刚性芯上。例如，所述柔性电路板在分离状态下可以表现得像一块布或橡胶。
[0011]所述柔性电路板尤其可以使用胶水或通过螺锁来安装到所述刚性芯。然而，也可以使用其他方式来将所述柔性电路板安装到所述刚性芯。
[0012]通常，在所述柔性电路板安装在所述刚性芯上之前，所述多个气压传感器已经安装在所述柔性电路板上。
[0013]所述柔性电路板可以包括多个导体路径，例如连接所述多个气压传感器的电线，以便为它们供电和/或读取数据。使用所述柔性电路板是为安装在单独形状的所述刚性芯上的此类气压传感器提供电源和/或读取能力的一种非常有效的方式，因为所述柔性电路板上的电线自动适应任何需要的形状。
[0014]所述柔顺层尤其是响应于施加到所述测量面的力而可变形的层。这种变形是外力或其他参数(如压头形状或剪切力)的特征。所述柔顺层尤其可以是柔性的和/或有弹性的，使得它在力的施加停止之后自动恢复到限定的形状。施加在所述测量面上的力通常由所述柔顺层传递到所述多个气压传感器，尤其是对于施加在测量面上的典型力，所述多个气压传感器受到所述力的影响。因此，即使所述多个气压传感器的间距比现有技术中已知的高分辨率传感器宽得多，也可以实现非常高分辨率的力检测。这尤其是由于可以使用更复杂的力推断技术，例如基于机器学习和/或人工神经网络(artificial neural networks)，例如本申请中所描述的。特别地，一个单一的柔顺层可以覆盖所有气压传感器。
[0015]根据一个实施例，所述刚性芯是圆顶形的。当传感器布置是机器人的尖端或另一个操纵元件时，这尤其适用。然而，也可以使用其他形状。例如，所述传感器布置可以适用于为机器人设计足部传感器、小腿传感器、大腿传感器或乳房传感器。可以相应地调整所述刚性芯的形状。例如，它可以是平面、圆柱体的形状，也可以是任意形状。通常，形状的设计使得接触力可以同时激活多个气压传感器，从而可以定位力。
[0016]所述刚性芯尤其可以具有多个小面。根据一个实施方式，每个气压传感器或至少一部分气压传感器定位在多个小面中的至少一个小面上。因此，每个气压传感器的朝向可以由它所在的相应小面的朝向来定义。这并不排除可以将一个以上的气压传感器布置在相应的小面上。还可能存在所述刚性芯的表面的小面或其他部分没有安装气压传感器。
[0017]应该注意的是，虽然所述多个气压传感器放置在所述柔性电路板上，但所述柔性电路板通常适应刚性芯的小面的形状。因此，所述柔性电路板本身形成小面。
[0018]特别是，小面可以有不同的朝向，因此可以执行不同方向的力测量。
[0019]所述柔顺层可以包括塑料材料或橡胶或由塑料材料或橡胶组成。塑料材料例如可以是热塑性塑料、弹性体、热塑性弹性体或热固性材料或类似材料。这些材料已被证明适用于典型应用。然而，也可以使用其他材料。特别是，它们可以用于上述柔顺层的制造过程。
[0020]所述柔顺层尤其可以将施加在测量面上的力传递到至少一部分的所述多个气压传感器。特别地，它可以配置以使得至少将一部分或大部分测量面的上的力传递给一个以上的气压传感器。这允许在使用电子力推断技术测量力时提高分辨率。
[0021]所述多个气压传感器尤其可以通过所述柔性电路板上的导体路径连接。这些导体路径尤其可以是柔性的，以便在包裹所述柔性电路板时，它们自动适应所述刚性芯的表面。这样的导体路径允许气压传感器的可靠且容易的连接。
[0022]所述多个气压传感器尤其可以通过所述柔性电路板上的导体路径连接。这些导体路径尤其可以是柔性的，以便在包裹所述柔性电路板时，它们自动适应所述刚性芯的表面。
这样的导体路径允许气压传感器的可靠且容易的连接。
[0023]所述柔性电路板尤其可以是星号形的。特别地，它可以包括在中心部分连接的多个臂或辐条(spoke)。这尤其允许在圆顶形刚性芯上包裹柔性电路板，例如可以从附图中看出。
[0024]所述多个气压传感器可以至少1毫米、至少2毫米、至少3毫米、至少4毫米或至少5毫米的距离布置。它们也可以至多1毫米、至多2毫米、至多3毫米、至多4毫米或至多5毫米的距离布置。所述距离可以是气压传感器的外围之间的距离。可以组合每两个不同的值以形成合适的间隔。
[0025]特别地，所述传感器布置可以是机器人尖端和/或机器人的操纵元件。虽然这是优选的应用，但应该注意的是，所述传感器布置原则上也可以用于多个其他应用，尤其是当必须测量力时和/或当应该使用元件来操纵时。操纵尤其是指:例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于感测力的传感器布置(10)，其特征在于：所述传感器布置(10)包含︰柔性电路板(300)，多个气压传感器(400)，安装在所述柔性电路板(300)上，刚性芯(100)，所述柔性电路板(300)包裹并安装到所述刚性芯(100)上，使得所述柔性电路板(300)至少部分覆盖所述刚性芯(100)，所述多个气压传感器(400)突出于所述刚性芯(100)，并且柔顺层(200)，覆盖所述多个气压传感器(400)并提供测量面(210)。2.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述刚性芯(100)是圆顶形的。3.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述刚性芯(100)具有多个小面(111、112、113、121、122、123、131、132、133)，其中每个气压传感器(400)定位在所述多个小面(111、112、113、121、122、123、131、132、133)之一者上。4.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述柔顺层(200)包括塑料材料或橡胶，或由塑料材料或橡胶组成。5.根据权利要求4所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述塑料材料是热塑性塑料、弹性体、热塑性弹性体或热固性塑料。6.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述柔顺层(200)将施加在所述测量面(210)上的力传递到所述多个气压传感器(400)的至少一部分。7.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述多个气压传感器(400)通过所述柔性电路板(300)上的导体路径连接。8.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述柔性电路板(300)为星号形状。9.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述柔性电路板(300)包括连接在中心部分(305)处的多个臂(310、320、330、340、350、360)。10.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述多个气压传感器(400)以至少1毫米、至少2毫米、至少3毫米、至少4毫米或至少5毫米的距离布置和/或至多1毫米、至多2毫米、至多3毫米、至多4毫米或至多5毫米的距离布置。11.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述传感器布置(10)是机器人尖端和/或机器人的操纵元件。12.根据前述权利要求中的任一项所述的传感器布置(10)，其特征在于：所述刚性芯(100)是3D打印部件。13.一种用于制造用于感测力的传感器布置(10)的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：提供安装有多个气压传感器(400)的柔性电路板(300)，提供刚性芯(100)，将所述柔性电路板(300)包裹并安装在所述刚性芯(100)上，使得所述柔性电路板(300)至少部分覆盖所述刚性芯(100)，所述多个气压传感器(400)突出所述刚性芯(100)，用柔顺层(200)覆盖所述多个气压传感器(400)，从而在所述柔顺层(200)上提供测量面(210)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：用所述柔顺层(200)覆盖所述多个气压传感器(400)包括以下步骤：将具有所述柔性电路板(300)的所述刚性芯(100)放置在模具(500)中，用材料至少部分地填充所述模具(500)，使得所述多个气压传感器(400)被所述材料覆盖，将所述材料转化为所述柔顺层(200)。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：转化包括以下步骤：通过将被材料覆盖的具有所述柔性电路板(300)的所述刚性芯(100)放置在真空中来使材料脱气。16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于：提供所述柔性电路板(300)包括以下一个或两个...

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