【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及力传感器、包含力传感器的机器人设备以及触觉力感测方法。
技术介绍
1、提供该背景描述的目的是一般性地呈现本公开的上下文。该
技术介绍
部分的内容既没有明确地也没有暗示地被承认作为本公开的现有技术。
2、触觉传感技术使机器人能够执行复杂的任务并在复杂的环境中收集信息。已知有几种基于压阻、光学、电容、气压或磁原理的触觉传感技术。触觉传感可能涉及多种力感测，包括：法向力和剪切力。力可以施加在一点上或者可以分布在更大的区域上。不同的操作或环境可能需要以不同的分辨率测量力。在一些机器人操作中，获得接触力的位置可能是有益的。
3、用于外在触觉力感测和接触位置估计的已知传感器不足以以足够高的分辨率和维度执行力感测以满足现代高灵敏度和复杂机器人技术的需要。另外，已知的传感器阵列体积庞大并且受到物理尺寸和重量限制，限制了它们在尺寸和重量限制不重要的环境中的适用性。
4、期望解决或改善与现有技术相关的一个或多个缺点或限制，或者至少提供一种有用的替代方案。
技术实现思路
1、本文公开了一种力传感器，包括：
2、用于将接触力传递到力传感器组件的接触装置，
3、所述力传感器组件包括：
4、第一传感器，其用于感测所述接触力的法向接触力分量并从中产生输出；以及
5、在将所述接触力传递至所述力传感器组件时可移动的主体；以及
6、第二传感器，用于感测所述主体相对于所述第二传感器的相对位移并从中产生输出，根据所
7、所述接触装置可以包括在所述接触力作用下变形的可变形基板。
8、所述可变形基板可以是弹性体基板。
9、主体可以包括磁体并且第二传感器是一个或多个霍尔效应传感器。主体可以包括多个磁体。所述可变形层的一侧固定到所述刚性层并且所述可变形层的相对侧相对于所述霍尔效应传感器固定，所述可变形层允许在所述接触力作用下使所述刚性层相对于所述霍尔效应传感器发生位移。
10、第二传感器可以容纳在腔室中。力传感器进一步包括用于将所述力传感器并入到设备中的基座结构，其中，所述基座室被并入到所述基座结构中或与所述基座结构相邻接。
11、所述主体嵌入在所述第一传感器与所述第二传感器之间的基板中。
12、所述第一传感器包括一个或多个传感器，每个传感器为矩阵压阻传感器、压电传感器、电容传感器、摩擦电传感器和光学传感器中的一种。
13、力传感器可以形成多层结构，所述多层结构具有包括所述接触装置的顶层、第二层以及位于所述顶层和所述第二层之间的第一层，所述第一层和所述第二层分别包括不同的第一传感器和第二传感器中的一个。
14、所述主体设置在所述第一层和所述第二层之间。所述第二传感器位于所述第二层中。
15、还公开了一种包括如上所述的力传感器阵列的力传感器设备。
16、还公开了一种机器人设备，包括如上所述的力传感器或如上所述的力传感器设备。
17、机器人设备可以是手爪。
18、还公开了一种包括上述力传感器或上述力传感器设备的假体。
19、假体可以是假体手臂、假体上肢或假体下肢中的一种。
20、本文还公开了一种机械手，包括：
21、手掌部；
22、多个指部；
23、写入部分；
24、如上所述的多个力传感器，位于接触点以在使用期间接触物体；以及
25、处理器，用于：
26、接收来自所述第一传感器和所述第二传感器中的每一个的输出；
27、从所述输出确定一种或多种快速适应(fa)响应和一种或多种慢速适应(sa)响应；以及
28、基于一个或多个fa响应和一个或多个sa响应来识别所述物体的外在接触状态(ecs)。
29、识别ecs可以包括所述一个或多个fa响应和一个或多个sa响应确定一阶响应和二阶响应。
30、所述一阶响应可包括法向力和剪切力中的一者或二者，并且其中所述二阶响应可包括时变模式
31、本文还公开了一种用于识别机械手相对于物体的外在接触状态(ecs)的计算机实现的方法，该方法包括：从机械手的每个手指部分接收触觉感测信号，所述触觉感测信号包括快速适应(fa)响应信号和慢速适应(sa)响应信号；通过解码器模型处理触觉感测信号以确定与机械手的每个手指部分相关联的触觉事件数据；通过机器学习模型处理所确定的触觉事件数据以确定机械手相对于物体的ecs。
32、简要附图说明
33、本专利技术的示例性实施例通过附图中的示例进行说明，其中，相同的附图标记表示相同或相似的元件，并且其中：
34、图1(a)示出了力传感器的侧视图，其示出了多层结构及其部件；(b)示出了力传感器的示意图；
35、图2示出了当触觉传感器处于由法向力矢量和切向力矢量组成的外部接触力作用下时弹性体基板的预期变形的侧视图；
36、图3示出了一层矩阵压阻传感器，该传感器由多条交叉导线和柔性导电材料组成，其电阻因施加的机械负载而变化；
37、图4示出了来自圆柱磁体的代表性磁场矢量，其中磁力线从北极(n)指向南极(s)，并且磁场强度与距磁体的距离成反比；
38、图5示出了通过在内部安装磁体而被磁化的刚性骨结构，该结构充当载体以对应于接触力移动磁体；
39、图6说明了当骨结构层被向左施加切向接触力(f)时弹性体形状和局部磁场的预期变化；
40、图7示出了当骨结构层被向右施加切向接触力(f)时弹性体形状和局部磁场的预期变化；
41、图8示出了当骨结构层从顶部施加法向接触力(f)时弹性体形状和局部磁场的预期变化；
42、图9示出了力传感器的示例应用，其中，机器人手爪与力传感器集成；
43、图10示出了力传感器的另一个示例应用，其中，机械手/假手与力传感器集成作为触觉传感指尖；
44、图11示出了力传感器的另一个示例应用，其中，机器人腿/假腿与力传感器集成为触觉传感指尖；
45、图12示出了作为力传感器中的fa-i层的4×4矩阵压阻传感器以及相关电路原理图；
46、图13示出了力传感器的多层结构和表征性能；
47、图14示出了包含力传感器的手爪的手指机构结构。
48、图15示出了用于包含力传感器的手爪的触觉传感方案和信号传输的概述；
49、图16示出了包含力传感器的手爪的各种抓取构造；
50、图17示出了包含力传感器的机械手，并将机械手与人手进行类比；
51、图18示出了用于机械手的力传感器集成和数据传输；
52、图19示出了机械手以力闭合方式抓取圆柱状物体时食指远端处的数据流图；
53、图20示出了触觉感测信号和用于识别9个主要ecs的cnn架构；...
【技术保护点】
1.一种力传感器，包括：
2.根据权利要求1所述的力传感器，其中，所述接触装置包括在所述接触力作用下变形的可变形基板。
3.根据权利要求1或2所述的力传感器，其中，所述可变形基板是弹性体基板。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的力传感器，其中，所述主体包括磁体，并且所述第二传感器是一个或多个霍尔效应传感器。
5.根据权利要求4所述的力传感器，其中，所述主体包括多个磁体。
6.根据权利要求4或5所述的力传感器，其中，所述主体包括刚性层和可变形层，所述刚性层包括所述一个或多个磁体，所述可变形层的一侧固定到所述刚性层并且所述可变形层的相对侧相对于所述霍尔效应传感器固定，所述可变形层允许在所述接触力作用下使所述刚性层相对于所述霍尔效应传感器发生位移。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的力传感器，其中，所述第二传感器容纳在室中。
8.根据权利要求7所述的力传感器，进一步包括用于将所述力传感器并入到设备中的基座结构，其中，所述基座室被并入到所述基座结构中或与所述基座结构相邻接。
9.根据权利要
10.根据权利要求1至9中任一项所述的力传感器，其中，所述第一传感器包括一个或多个传感器，每个传感器为矩阵压阻传感器、压电传感器、电容传感器、摩擦电传感器和光学传感器中的一种。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的力传感器，形成多层结构，所述多层结构具有包括所述接触装置的顶层、第二层以及位于所述顶层和所述第二层之间的第一层，所述第一层和所述第二层分别包括不同的第一传感器和第二传感器中的一个。
12.根据权利要求11所述的力传感器，其中，所述主体设置在所述第一层和所述第二层之间。
13.根据权利要求11或12所述的力传感器，其中，所述第二传感器位于所述第二层中。
14.一种力传感器设备，包括根据权利要求1至13中任一项所述的力传感器的阵列。
15.一种机器人设备，包括根据权利要求1至13中任一项所述的力传感器或权利要求14所述的力传感器设备。
16.根据权利要求15所述的机器人设备，其为手爪。
17.一种假体，包括根据权利要求1至13中任一项所述的力传感器或权利要求14所述的力传感器设备。
18.如权利要求17所述的假体，是假体手臂、假体上肢或假体下肢中的一种。
19.一种机械手，包括：
20.根据权利要求19所述的机械手，其中，识别所述ECS包括从所述一个或多个FA响应和一个或多个SA响应确定一阶响应和二阶响应。
21.根据权利要求20所述的机械手，其中，所述一阶响应包括法向力和剪切力中的一者或二者，并且其中所述二阶响应包括时变模式。
22.一种用于识别机械手相对于物体的外在接触状态(ECS)的计算机实现的方法，该方法包括：
23.根据权利要求22所述的计算机实现的方法，其中，所述机器学习模型包括：经过训练的卷积神经网络(CNN)或二次判别分析(QDA)模型。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种力传感器，包括：
2.根据权利要求1所述的力传感器，其中，所述接触装置包括在所述接触力作用下变形的可变形基板。
3.根据权利要求1或2所述的力传感器，其中，所述可变形基板是弹性体基板。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的力传感器，其中，所述主体包括磁体，并且所述第二传感器是一个或多个霍尔效应传感器。
5.根据权利要求4所述的力传感器，其中，所述主体包括多个磁体。
6.根据权利要求4或5所述的力传感器，其中，所述主体包括刚性层和可变形层，所述刚性层包括所述一个或多个磁体，所述可变形层的一侧固定到所述刚性层并且所述可变形层的相对侧相对于所述霍尔效应传感器固定，所述可变形层允许在所述接触力作用下使所述刚性层相对于所述霍尔效应传感器发生位移。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的力传感器，其中，所述第二传感器容纳在室中。
8.根据权利要求7所述的力传感器，进一步包括用于将所述力传感器并入到设备中的基座结构，其中，所述基座室被并入到所述基座结构中或与所述基座结构相邻接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的力传感器，其中，所述主体嵌入在所述第一传感器与所述第二传感器之间的基板中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的力传感器，其中，所述第一传感器包括一个或多个传感器，每个传感器为矩阵压阻传感器、压电传感器、电容传感器、摩擦电传感器和光学传感器中的一种。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的力传感器，形成多层结构，所述多层结构具有...
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