【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人领域，尤其涉及一种带接触和/或接近感知的伸缩装置及机器人。
技术介绍
1、机器人是指高精度强耦合的复杂系统，因操作的灵活性，早先是应用于工业领域。而在机器人的作业中，操作者安全性一直是被关注的问题，如何避免与人体发生碰撞造成对人体的伤害，对机器人作业具有重要意义。
2、电容检测技术具有易于布置性、结构、成本等优势，尤其是现有成熟技术的电容数字转换电路(cdc)，例如dai7142、adi7147，采用δ-∑调制方式通过多次对被测电容进行充放电并于参考电容比较的方法(参见：us patentnumber：5,134,401)直接将被测电容值转换成数字值，可以将对电容的测量灵敏度提高到1ff级别，容易满足测量系统对电容测量灵敏度的要求，同时还具有对杂散电容免疫的特性，特别是，这些芯片的设计具有多个通道，使得电路设计简单方便，从而有效降低成本和安装难度，因而，在机器人防碰撞的实现中受到青睐。
3、在机器人防碰撞的电容式电子皮肤的实现方案中，我们经过大量检索，发现基本分为三类：
4、(1)以自电容形式感知物体的接近或接触
5、例如，专利文献202110581850.5公开机械臂通过电子皮肤的监测数据获取障碍物的接近感知信号甚至接触感知信号进而避让，其中电子皮肤的检测通过机械臂上的电极与障碍物构成电容的两个极板，障碍物的接近或接触引起两个极板之间的自电容变化进而实现检测。
6、专利文献202220470898.9公开一种电子皮肤、机械臂和机器人，电子皮肤包括片
7、(2)互电容形式
8、如jp7251262b2通过在臂上设置电极321、322形成互电容型电容传感器，较之于自电容对物体接近检测而言，能够更高精度地检测人的接近或接触，且更不易受外部环境影响。
9、(3)自电容和互电容形式
10、如pct/us2016/050870公开用于控制机械臂的方法，通过在两个或更多个臂段中的每一个设置一组电极,控制器实施自电容和互电容感测技术以测量电容值或在单个采样周期内跨越两个或多个臂段的电容值，进而，检测附近和/或与手臂部分接触的物体。自电容具有检测距离远的优势，而互电容具有精度优势，两者组合获得更优越性能。
11、另一方面，家庭服务机器人是机器人新的应用领域与环境，目前已被列为重点发展领域之一，希望机器人不仅应用于工业也能进入人们家居生活。
12、对于机器人而言，分类上可以分为旋转驱动型和直线驱动型。工业应用上，因作业所需作用力较大，基本采用旋转驱动型，旋转驱动型结构如上述专利所示，运动轨迹类似人体关节运动，其电子皮肤设置方式上述已然阐述，在工业上已经是较为成熟的方案。家庭服务机器人由于是新发展方向，目前多数团队将家庭服务机器人往拟人化方向发展，机器人采用旋转驱动方式形成类似人体关节达到拟人化，拟人化机器人受复杂关节设计、体积以及成本等限制，距离走向用户日常家居生活仍相距较远。
13、对于直线驱动型机器人，us20210170583a1提出一种在人类环境中执行客观任务的移动操作机器人，拟通过直线驱动方式构建xz轴直线运动体系，配合底部移动基座补足y轴移动能力，达到简单化、轻便化目的，有望较快速的进入家居生活。但直线驱动型机器人尤其是伸缩机器人对触觉电子皮肤的设置却会存在问题，具体表现为伸缩机器人的伸缩臂是多节段套管滑动套设关系，对于每节套管，如参考旋转机器人采用每节整体铺设电极的方式，在套管完全伸出情况下电容检测可以实现，但在套管半伸出或部分伸出情况下因检测电极部分陷入相邻套管内，相邻套管对电极的遮盖将引入较大寄生电容，最终导致电极检测的灵敏度较差，致使对物体接近或接触的感知判断不准确。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种能够准确实现机器人伸缩尤其是多套管滑动伸缩下的触觉感知(接近感知和/或接触感知)的硬件构造，用于实现伸缩机器人的触觉电子皮肤感知。
2、为达到目的，提供一种带有电子皮肤功能的伸缩装置，所述伸缩装置包括固定套管以及可滑动接合于固定套管的至少一个滑动套管，并配套有第一致动器用于驱动滑动套管进行伸出或缩回；每个套管的至少一侧壁沿伸缩方向布置有至少两个检测电极，每个套管均内置有处理模块、开关阵列以及耦合处理模块的电容数字转换电路，套管上的电容数字转换电路通过相应开关阵列分别耦合该套管上的各个电极；伸缩装置配置有用于检测滑动套管伸出距离的距离检测传感器，距离检测传感器耦合处理模块，各处理模块相互耦合，用于依据距离检测传感器的输出选择性获取未被嵌套进套管的电极的电容值。
3、本专利技术的伸缩装置，实现了机器人多套管滑动伸缩下的触觉感知，检测准确性高，灵敏度强；每个套管上集成cdc、处理模块等芯片，从电极到cdc之间的模拟信号传输线路限制在各自套管中实现，套管与套管之间的信号传输利用处理模块之间的耦合，例如总线或无线路由，传输的是数字量，避免引入寄生电容。
4、本专利技术中，各套管应该被理解为是以一个套一个的形式依次套接。
5、本专利技术中，距离检测传感器的实现可以是多样化的，例如以激光、红外、超声波等方式。其中作为改进的，可以以视觉的方式实现，此时，距离检测传感器配置为摄像头，每个套管端部设置有用于供摄像头定位的标识，如二维码，由于机器人因视觉需要在头部基本设置有摄像头，因此，可以利用已有的摄像头复用作为距离检测，搭配以定位标识可以方便、低成本地实现距离检测。
6、或者，考虑到机器人有可能工作于黑暗环境下光线不足对视觉距离检测的影响，作为另一种改进方案，可以用电极低成本、便捷实现伸出距离检测，具体地，将除最外层套管外的其余套管称为内套管，所述距离检测传感器可以包括布置在内套管侧壁的至少一电极对，电极对配置为用于感知套管的伸出距离，电极对中两电极相对于套管的投影面积呈非对称设置，内套管上的电容数字转换电路分别耦合该套管上电极对中的两电极。套管伸出时，由于电极对中两电极的不对称性，两电极被相邻套管遮盖的面积不等，自电容与遮盖面积呈相关性，可以依据两电极的自电容来反映各自的遮盖面积，利用遮盖面积比换算出套管的伸出长度。
7、考虑到每个套管内还分布不同机械以及电路结构，使得套管表体的介电常数不是均匀分布而更多情况下呈现出非均匀，对于只有一电极对进行距离检测的情况，非均匀的介电分布容易影响距离检测的精度，因此，在上述改进方案的基础，进一步地，每个内套管的侧壁设置至少两段电极对，各段电极对沿伸缩方向排列于相应内套管侧壁。距离检测时，将内套管上各段电极对的电容值，每相邻两段进行差分，依据差分结果确定该内套管的相邻套管的端部边缘位于其上的电极对位置；然后再依据端部边缘所在的电极对中两电极的自电容比值，确定该内套管的伸出距离。为方便算力，可以沿伸出方向两两进行滚动差分，一方面利用差分去除环境干扰，另一方面因遮盖与未本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带有电子皮肤功能的伸缩装置，
2.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的伸缩装置，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的伸缩装置，其特征在于：
6.根据权利要求3、4或5所述的伸缩装置，其特征在于：
7.根据权利要求3、5或5所述的伸缩装置，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于，所述处理模块进一步配置为：
10.根据权利要求4所述的伸缩装置，其特征在于，所述处理模块进一步配置为：
11.根据权利要求10所述的伸缩装置，其特征在于，所述将内套管上各段电极对的电容值，每相邻两段进行差分，进一步包括：
12.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于：
13.根据权利要求12所述的伸缩装置，其特征在于：
14.一种带有电子皮肤功能的机器人，其特征在于，包括：
15.根据
16.根据权利要求15所述的机器人，其特征在于：
17.根据权利要求16所述的机器人，其特征在于：
18.根据权利要求14所述的机器人，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种带有电子皮肤功能的伸缩装置，
2.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的伸缩装置，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的伸缩装置，其特征在于：
6.根据权利要求3、4或5所述的伸缩装置，其特征在于：
7.根据权利要求3、5或5所述的伸缩装置，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的伸缩装置，其特征在于，所述处理模块进一步配置为：
10.根据权利要求4所述的伸缩装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙滕谌，曾凡佑，尤雅楠，
申请(专利权)人：北京他山科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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