[發明專利]基于多層氣囊的可穿戴機器人皮膚

有效

• 申請號: 201710059781.5
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN107053254B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 皮陽軍;保志遠;劉天華;陳江
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J19/02
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 譚小容

本發明公開了一種基于多層氣囊的可穿戴機器人皮膚，包括表皮層、用于與機器人本體緊貼的安裝層、以及介于表皮層與安裝層之間并被包裹在內的若干層氣囊，安裝層和表皮層均由柔性材料制成，每個氣囊均配備有單向閥用于充入氣體，在每個氣囊內設置有柔性支撐架用于安裝固定壓力傳感器和溫度傳感器，在柔性支撐架內部放置連接線將氣囊內部的壓力傳感器、溫度傳感器與機器人皮膚外部的數據采集設備相連，數據采集設備的I/O通道與每個氣囊一一對應。結構簡單、經濟可靠，使機器人也能感知觸覺，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種機器人皮膚，可用于機器人人機交互等領域。

背景技術

機器人不僅在工業領域得到廣泛應用，在服務領域也逐漸得到應用。人們認為，機器人的下一階段發展方向是人機共融，和諧相處。要實現人機共融，必須解決機器人的安全性問題，一個重要的要求就是機器人需具備一定的環境感知能力，如視覺、觸覺等。當前機器視覺的研究已經較為深入，但是機器人觸覺的研究還較少，亟需較為經濟實用的機器人皮膚以適應人機共融時代的來臨。

當前一般的技術僅提供普通的防止機器人碰撞的方案，比如文獻CN201310365565中提到的采用機器人關節力矩來識別是否發生碰撞；文獻CN201310365565提到的在機器人本體上裹附粘彈性緩沖層并貼附一個或多個觸覺傳感器來實現防碰撞的功能。這些方案的典型不足是無法識別碰撞的具體位置。文獻CN201610029884提出了通過液壓測得各部分所受壓力，但是文中所用傳感器由金屬基座和充滿液壓油的腔體組成，使得機器人的負載增加，而且無法感知拉力。另外一種技術路線是文獻《電子皮膚技術及其專利分析》所描述的基于IT技術和復合材料的電子皮膚，能感知壓力和剪切力。但是這種技術成本較高，且容易損壞，很難在工業界得到應用。

發明內容

本發明旨在提供一種結構簡單、經濟可靠的可穿戴機器人皮膚，使機器人也能感知觸覺，具有廣泛的應用前景。

為此，本發明所采用的技術方案為：一種基于多層氣囊的可穿戴機器人皮膚，包括表皮層、用于與機器人本體緊貼的安裝層、以及介于表皮層與安裝層之間并被包裹在內的若干層氣囊，安裝層和表皮層均由柔性材料制成，每個氣囊均配備有單向閥用于充入氣體，在每個氣囊內設置有柔性支撐架用于安裝固定壓力傳感器和溫度傳感器，在柔性支撐架內部放置連接線將氣囊內部的壓力傳感器、溫度傳感器與機器人皮膚外部的數據采集設備相連，數據采集設備的I/O通道與每個氣囊一一對應。

作為上述方案的優選，相鄰層的所述氣囊錯開排列、均勻分布、互相接觸壓緊在安裝層與表皮層之間。每層氣囊錯開排列可以盡可能的填補氣囊間的空隙，使氣囊分布更均勻，以提高測量的準確性。

進一步，所述柔性支撐架一端與氣囊內壁相連，一端與壓力傳感器和溫度傳感器相連，使壓力傳感器和溫度傳感器懸置于氣囊中；壓力傳感器和溫度傳感器通過柔性支撐懸置于氣囊中，如果傳感器直接貼在氣囊內壁上，氣囊受力變形時，不僅會使傳感器測量產生干擾，還可能損壞傳感器。

本發明的有益效果：基于多層氣囊的可穿戴機器人皮膚，具有一定的柔性，可以安裝在任意外形的機器人本體上；通過各個獨立氣囊配備的溫度和壓力傳感器與數據采集設備相連，可以準確的確定機器人皮膚與外界的接觸位置，為機器人做出下一步決策提供信息；表皮層可以根據需要選用不同的材料，在傳遞接觸力的同時也保護了傳感器件；具有自重小、成本低、結構簡單、可靠性高等特點。

附圖說明

圖1為本發明的結構狀態圖。

圖2為圖1中氣囊的橫截面圖。

圖3為氣囊部分的局部放大圖。

具體實施方式

下面通過實施例并結合附圖，對本發明作進一步說明：