一种滑动式温度触觉传感装置制造方法及图纸

一种滑动式温度触觉传感装置，设有温度传感单元阵列、导热层、恒温层、绝热层、隔热外壳以及测控电路，温度传感单元阵列包括多个温度传感单元，每个温度传感单元均设有热敏电阻、导热帽以及弹簧，热敏电阻置于导热帽内，弹簧的下端套接在导热帽敞口端，导热层上设有与温度传感单元对应的通孔，导热帽封闭端于通孔内并伸出导热层的下表面，恒温层下表面设有与温度传感单元对应的盲孔，盲孔底部设有一小于盲孔直径的通孔贯通恒温层上表面，将弹簧上端嵌入盲孔并与盲孔底部抵压，设置金属发热丝缠绕在恒温层的侧表面，恒温层上表面设有热传感电阻，温度传感单元阵列、导热层、恒温层均置于隔热外壳内，隔热外壳的下端开口处平面与导热层下表面齐平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种滑动式温度触觉传感装置，可判别材质热属性和滑动方向，适用于遥操作机器人、空间探测等多个领域，属于触觉传感器及温度传感器

技术介绍
随着虚拟现实技术和交互式遥操作机器人技术的广泛应用，需要大量的触觉传感与再现装置，以达到“多感知、交互性和临场感”的效果。到目前为止，国内外对触觉的研究都主要集中在力触觉上，不断优化的力触觉算法在柔性、纹理触觉复现装置上的应用，使得这些装置能够较好地再现虚拟场景物体的柔性、纹理力触觉特性，而温度触觉而在人机交互
的研究尚少。触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，能识别物体的表面纹理、粗糙 度、硬度、温度等特征。皮肤内分布着触觉感受器，是触觉作用的主要器官，因而触觉也称肤觉。一般认为皮肤感觉主要有四种，即由对皮肤的机械刺激引起的触、压觉，由温度刺激引起的冷觉和热觉，以及由伤害性刺激引起的痛觉。皮肤上的触觉感受器受机械刺激、温度刺激、伤害刺激，产生神经冲动，传入大脑皮层即产生触感、温度感、痛感。在机器人领域，触觉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，是机器人实现与环境直接作用的必需媒介。机器人要获取类似于人类的触觉要通过触觉传感器实现，触觉传感器是一种测量自身敏感面与外界物体作用参数的装置。机器人触觉传感器的主要任务是为获取对象与环境信息和为完成某种作业任务而对机器人与对象、环境相互作用时的一系列物理特征量进行检测或感知。它不仅可以获取手爪与物体的接触位置以及接触力分布函数，而且可以获取视觉传感器无法获取的信息，如物体的机械特性、热特性、震动特性等。温度触觉是在触觉过程中产生的温度觉，作为触觉的一种，在人的感知系统中发挥着重要作用，人手触摸不同热属性的物体有着不同的温度感觉，据此可以判断出物体的热属性；人手在物体表面滑动时，其感觉是滑动方向的接触部分前方和后方温度觉明显不一样。温度触觉传感器在遥操作机器人、材质识别、空间探测等领域前景广阔，对温度触觉传感技术的深入研究，将会对电子信息技术的发展起到重要的作用。滑觉指皮肤与抓握对象间滑移程度的感觉，在机器人领域，为了在抓握物体时确定一个适当的握力值，需要实时检测接触表面的相对滑动，然后判断握力，在不损伤物体的情况下逐渐增加力量，滑觉检测功能是实现机器人柔性抓握的必备条件。滑觉传感器按被测物体滑动方向可分为三类无方向性、单方向性和全方向性传感器。其中无方向性传感器只能检测是否产生滑动，无法判别方向；单方向性传感器只能检测单一方向的滑移 ’全方向性传感器可检测个方向的滑动情况，这种传感器一般制成球形以满足需要。目前国内外对滑觉传感器的研究主要有磁力式、球式、振动式、光电式。热属性主要指物体传热速率的导热系数和热扩散系数，它直接影响着物体的导热能力，热属性识别在很多领域都有应用，例如机器人手指，材质识别，空间探测等。目前，国内外对于温度触觉传感器研究较少，大部分用于材料的热属性识别。如2000年哈尔滨工业大学李德胜金属线圈温度传感器进行材料识别，2006年麻省理工大学HSIN-NI HO等人采用热敏电阻采集手指与物体接触时的温度变化，验证了热线索在材料识别的作用，有一部分应用于物体形状识别，如Y. J. Yang实现了 32 X 32mm温度触觉传感阵列，较好的实现了物体外形识别功能。基于温度触觉传感器实现滑动方向的判断则没见报导。检索国内温度触觉专利有 CN200910034949，CN200920231793, CN201120327285,CN201110148963，CN201110130743，其大部分只是实现温度触觉复现装置或静态温度触觉传感装置的结构或电路，实现温度复现、材质识别和形状识别。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种滑动式温度触觉传感装置，它基于温度触觉传感装置实现热属性识别和滑动方向的判断双重功能，可应用于遥操作机器人、空间探测等多个领域。本专利技术采用以下技术方案一种滑动式温度触觉传感装置，其特征在于设有温度传感单元阵列、导热层、恒温层、绝热层、隔热外壳以及测控电路，其中温度传感单元阵列包括一个位于圆心位置的温度传感单元和8个与圆心位置温度传感单元结构相同、对称分布于圆周上的温度传感单元，每个温度传感单元均设有热敏电阻、导热帽以及弹簧，导热帽为有底的空心圆柱体，外径上设有台阶定位环，热敏电阻置于导热帽内，导热帽内的间隙用导热硅胶填充，热敏电阻的信号输出导线从导热帽的上端敞口引出，敞口用胶体封堵，弹簧的下端套接在导热帽敞口端的圆柱体外径上并抵压于台阶定位环的上表面；导热层上设有与温度传感单元阵列数量一致、位置一一对应的通孔，导热帽封闭端的圆柱体置于通孔内并伸出导热层的下表面，台阶定位环大于通孔，台阶定位环下表面限位于导热层的上表面；恒温层下表面设有与温度传感单元阵列数量一致、位置一一对应的盲孔，盲孔底部设有一小于盲孔直径的通孔，该通孔贯通恒温层上表面，通孔直径小于弹簧外径，将弹簧上端嵌入盲孔并与盲孔底部抵压，设置金属发热丝缠绕在恒温层的侧表面，恒温层上表面设有热传感电阻，导热层与恒温层之间通过螺钉固定联接为一体；隔热外壳位于恒温层之上，为一带有上盖的空心环柱体和一空心长方体构成的一体结构，空心长方体位于空心环柱体上盖的外表面上，其孔腔垂直上盖，在上盖的内表面固定有绝热层，绝热层及上盖通过孔与空心长方体孔腔贯通，作为热敏电阻、热传感电阻及金属发热丝的引线通道；将温度传感单元阵列、导热层、恒温层均置于隔热外壳空心环柱体内腔的绝热层之下，隔热外壳的下端开口处平面与导热层下表面齐平，通过螺钉将隔热外壳上盖与恒温层固定；测控电路包括温度控制电路、温度反馈电路、接触温度传感电路、差动温度传感电路以及测控主板，恒温层中的热传感电阻的输出连接至温度反馈电路，温度反馈电路的输出连接至测控主板，测控主板的PWM波输出连接至温度控制电路，温度控制电路的输出连接至金属发热丝，温度传感单元阵列中心位置的热敏电阻输出连接接触温度传感电路，温度传感单元阵列圆周上的8个温度传感单元以对角线组合构成4对，输出连接差动温度传感电路，接触温度传感电路和差动温度传感电路的输出连接至测控主板；接触温度传感电路中，温度传感单元阵列中心位置的热敏电阻一端接地，另一端接精密电阻的一端和运算放大器正极，精密电阻另一端接电压源，运算放大器负极接地；差动温度传感电路中，温度传感单元阵列中对角位置的一个热敏电阻一端接地，另一端接精密电阻一端和差动放大器负极，精密电阻另一端接电压源，构成一条支路，温度传感单元阵列中对角位置的另一个热敏电阻一端接地，另一端接精密电阻一端和差动放大器正极，精密电阻另一端接电压源，构成另一条支路，两条支路组成差动电桥。对称位置的电桥中，沿滑动方向的差动电桥输出的电压绝对值最大，电压为正则滑动方向为该电桥中分压输出端接至差动放大器负极的支路的所在方向，电压为负则滑动方向为该电桥中分压输出端接至差动放大器正极的支路的所在方向，输出为零的差动电桥所在的方向则垂直于滑动方向。与现有技术相比，本专利技术的优点及显著效果1、操作者可以通过本专利技术滑动式温度触觉传感装置判别材质热属性和滑动方向双重功能；2、该滑动式温度触觉传感装置的温度传感器采用弹簧结构，可实现弹性接触，保证每一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑动式温度触觉传感装置，其特征在于：设有温度传感单元阵列、导热层、恒温层、绝热层、隔热外壳以及测控电路，其中：温度传感单元阵列包括一个位于圆心位置的温度传感单元和8个与圆心位置温度传感单元结构相同、对称分布于圆周上的温度传感单元，每个温度传感单元均设有热敏电阻、导热帽以及弹簧，导热帽为有底的空心圆柱体，外径上设有台阶定位环，热敏电阻置于导热帽内，导热帽内的间隙用导热硅胶填充，热敏电阻的信号输出导线从导热帽的上端敞口引出，敞口用胶体封堵，弹簧的下端套接在导热帽敞口端的圆柱体外径上并抵压于台阶定位环的上表面；导热层上设有与温度传感单元阵列数量一致、位置一一对应的通孔，导热帽封闭端的圆柱体置于通孔内并伸出导热层的下表面，台阶定位环大于通孔，台阶定位环下表面限位于导热层的上表面；恒温层下表面设有与温度传感单元阵列数量一致、位置一一对应的盲孔，盲孔底部设有一小于盲孔直径的通孔，该通孔贯通恒温层上表面，通孔直径小于弹簧外径，将弹簧上端嵌入盲孔并与盲孔底部抵压，设置金属发热丝缠绕在恒温层的侧表面，恒温层上表面设有热传感电阻，导热层与恒温层之间通过螺钉固定联接为一体；隔热外壳位于恒温层之上，为一带有上盖的空心环柱体和一空心长方体构成的一体结构，空心长方体位于空心环柱体上盖的外表面上，其孔腔垂直上盖，在上盖的内表面固定有绝热层，绝热层及上盖通过孔与空心长方体孔腔贯通，作为热敏电阻、热传感电阻及金属发热丝的引线通道；将温度传感单元阵列、导热层、恒温层均置于隔热外壳空心环柱体内腔的绝热层之下，隔热外壳的下端开口处平面与导热层下表面齐平，通过螺钉将隔热外壳上盖与恒温层固定；测控电路包括温度控制电路、温度反馈电路、接触温度传感电路、差动温度传感电路以及测控主板，恒温层中的热传感电阻的输出连接至温度反馈电路，温度反馈电路的输出连接至测控主板，测控主板的PWM波输出连接至温度控制电路，温度控制电路的输出连接至金属发热丝，温度传感单元阵列中心位置的热敏电阻输出连接接触温度传感电路，温度传感单元阵列圆周上的8个温度传感单元以对角线组合构成4对，输出连接差动温度传感电路，接触温度传感电路和差动温度传感电路的输出连接至测控主板；接触温度传感电路中，温度传感单元阵列中心位置的热敏电阻一端接地，另一端接精密电阻的一端和运算放大器正极，精密电阻另一端接电压源，运算放大器负极接地；差动温度传感电路中，温度传感单元阵列中对角位置的一个热敏电阻一端接地，另一端接精密电阻一端和差动放大器负极，精密电阻另一端接电压源，构成一条支路，温度传感单元阵列中对角位置的另一个热敏电阻一端接地，另一端接精密电阻一端和差动放大器正极，精密电阻另一端接电压源，构成另一条支路，两条支路组成差动电桥。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑锋，李建清，万能，朱乃瑞，贾贞，杨宇荣，李娜，倪玉洁，孙渂希，王耀初，耿万培，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：