[發明專利]多功能觸覺傳感器及測量方法

有效

• 申請號: 201710252702.2
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107238452B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 陳柏;張磊;鞠鋒;白東明;齊飛;殷杰;曹燕飛;謝宇珅;向立清
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L5/00;G01N27/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種多功能觸覺傳感器，其特征在于：

由右向左依次包括硬度檢測單元前端蓋(1)、硬度檢測單元(2)、硬度檢測單元后端蓋(3)、頂端壓敏電阻片(4)、連接頭(7)；

其中硬度檢測單元前端蓋(1)與硬度檢測后端蓋(3)將硬度檢測單元(2)包絡并相互粘合，三者組成用以測量所接觸物體硬度的硬度傳感器；

硬度檢測單元(2)由金屬結構板(9)、壓電陶瓷片(8)和探頭(10)組成；金屬結構板(9)由正方形金屬薄板切割而成，可分為A、B、C、D、E共5個寬度及厚度一致的長方條；其中A、B、C這3個長方條長度一致，D、E這2個長方條長度一致；A、B、C長方條長度是D、E長方條長度的的2倍；以A長方條為基準，在其長邊末端與B長方條垂直連接，在B長方條長邊末端與C長方條垂直連接，在C長方條長邊末端與D長方條垂直連接，在D長方條長邊末端與E長方條垂直連接，E長方條長邊末端位于原正方形中心，整個結構最外側尺寸與原正方形薄板邊長一致；壓電陶瓷片(8)粘貼于A長方條上位于其左側與硬度檢測單元后端蓋(3)接觸，探頭(10)左端粘貼于E長方條右側，探頭(10)右端穿出硬度檢測單元前端蓋(1)；探頭(10)穿出硬度檢測單元前端蓋(1)的距離用以限制探針(10)的位移以及金屬結構板(9)的變形量，進一步限制硬度檢測單元(2)與被測物體的接觸力；

上述連接頭(7)由連接柱(7-1)以及位于連接柱左端的連接盤(7-2)組成；其中頂端壓敏電阻片(4)粘貼于硬度檢測單元后端蓋(3)左側與連接柱(7-1)右側之間，用以測量傳感器末端的接觸力；

上述連接柱(7-1)外側還套有橡膠管(5)，橡膠管(5)左端與連接盤(7-2)相連，右端與硬度檢測單元后端蓋(3)左側相連；橡膠管(5)外壁均勻布置若干用以測量側壁接觸力的側壁壓敏電阻片(6)。

2.利用權利要求1所述多功能觸覺傳感器的測量方法，其特征在于：

傳感器通過連接頭(7)安裝于運動器械中，傳感器的末端及側壁在器械運動過程中將會與物體發生接觸，產生作用力，引起頂端壓敏電阻片(4)與側壁壓敏電阻片(6)阻值發生變化，硬度檢測單元(2)阻抗發生變化；

由計算機通過數據采集卡對頂端壓敏電阻片(4)與側壁壓敏電阻片(6)發送直流電壓信號，對硬度檢測單元(2)中的壓電陶瓷片(8)發送掃頻電壓信號；

由電流傳感器采集頂端壓敏電阻片(4)、側壁壓敏電阻片(6)以及壓電陶瓷片(8)的反饋電流信號，經由放大、濾波信號處理電路完成初步信號處理后傳送至數據采集卡；

由數據采集卡對初步處理后的信號進行采集，并送至計算機中完成進一步處理，得到頂端壓敏電阻片(4)、側壁壓敏電阻片(6)對應的電阻值，硬度檢測單元(2)對應的共振頻率改變量Δf；

在實際測量之前，分別對頂端壓敏電阻片(4)、側壁壓敏電阻片(6)及硬度檢測單元(2)進行標定，得到頂端壓敏電阻片(4)、側壁壓敏電阻片(6)關于電阻值與作用力大小的標定曲線，得到硬度檢測單元(2)關于頻率變化量Δf與彈性模量E的標定曲線；

在實際測量時，將計算機處理后得到的電阻值、頻率改變量Δf信息與之前標定的曲線進行比對，即可得到作用力信息與硬度信息，實現硬度測量、器械末端與側壁接觸力測量的功能。