[發明專利]一種仿人手指端滑動觸覺傳感器

有效

• 申請號: 201711235136.0
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108072464B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 宋愛國;冷明鑫;李會軍;曾洪;徐寶國;朱利豐
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/08
• 分類號: G01L1/08
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

一種仿人手指端滑動觸覺傳感器，本申請橡膠指尖為半球形空腔；PVDF薄膜附著于橡膠指尖外部；密封塞將橡膠指尖密封，且密封塞底部裝有液體壓力傳感器；外殼主體為剛性桶狀結構，頂部有圓形開口，底部為法蘭盤結構，呈十字形對稱分布四個圓形通孔；內骨架包括圓柱頭、直立應變桿以及底座，應變桿靠近底座的位置四面分別貼有應變片，底座上呈十字形對稱分布四個圓形螺紋通孔；連接螺栓經過外殼底部的通孔與底座螺紋孔配合，將內骨架與外殼連接；PVDF薄膜與橡膠指尖、橡膠指尖與內骨架、外殼均采用粘連劑固定連接。本發明可以安裝在仿生假手或機械手的指端，用于獲取物體的紋理、材質、形狀等信息以及手指與接觸對象的接觸狀況等信息。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，特別是涉及一種仿人手指端滑動觸覺傳感器。

背景技術

對于仿生假手、機械手等靈巧手系統而言，觸覺是其實現與外部環境直接作用的必須媒介，是感知環境信息的重要方式。機器人觸覺信息可以分為肌肉運動感覺信息和滑動感覺信息，只有把兩種感覺信息結合起來，所有感知和操縱控制工作才能有序進行。其中，運動感覺信息以力覺信息為主，通過檢測末端執行器力覺信息來反應其的運動位置信息；滑動感覺信息包括形狀、測度、濕度、紋理等信息，實現對物體的準確識別。為了準確獲取滑動感覺信息及運動感覺信息，需要設計一種仿人手指端滑動觸覺傳感器，通過PVDF薄膜、液壓傳感器能夠準確檢測傳感器頂端受力及物體的紋理信息，通過應變片實現對接觸狀況等運動感覺信息的測量，從而實現對物體的識別、分類和操作，提高靈巧手系統的智能化水平和作業水平。

發明內容

為了實現對物體準確的識別和分類，本發明提供一種仿人手指端滑動觸覺傳感器，通過PVDF薄膜、液壓傳感器能夠準確檢測傳感器頂端受力及物體的紋理信息，通過應變片實現對接觸狀況等運動感覺信息的測量，從而實現對物體的識別、分類和操作，提高靈巧手系統的智能化水平和作業水平，為達此目的，本發明提供一種仿人手指端滑動觸覺傳感器，所述仿人手指端滑動觸覺傳感器安裝在仿生假手或機械手的末端，包括PVDF薄膜、橡膠指尖、填充液體、密封塞、液壓傳感器、外殼、內骨架，應變片、測量電路及連接螺栓，所述橡膠指尖為半球形空腔，所述橡膠指尖內部注滿填充液體，所述橡膠指尖外表面刻有同心圓環紋理，所述PVDF薄膜附著于橡膠指尖外部，所述橡膠指尖一側有密封塞將橡膠指尖密封，所述密封塞底部裝有液體壓力傳感器，所述外殼主體為剛性桶狀結構，所述外殼四周及頂部為薄壁，所述外殼頂部有圓形開口，所述外殼底部為類法蘭盤結構，所述類法蘭盤結構有呈十字形對稱分布四個圓形光滑通孔，所述橡膠指尖在外殼的圓形開口上，所述內骨架包括圓柱頭、直立應變桿以及底座，所述外殼頂部的圓形缺口直徑大于內骨架圓柱頭的直徑，使得內骨架與外殼頂部不直接接觸，所述橡膠指尖底部圓柱凹陷的直徑大于內骨架圓柱頭的直徑，但二者高度一致，使得圓柱頭嵌入圓柱凹陷中，所述直立應變桿頂端有圓柱頭，所述直立應變桿底部有底座相連，所述底座內有測量電路，所述直立應變桿靠近底座的位置四面分別貼有應變片，所述底座上呈十字形對稱分布四個圓形螺紋通孔，所述連接螺栓經過外殼底部的圓形光滑通孔與底座的圓形螺紋通孔配合，將內骨架與外殼連接。

本發明的進一步改進，所述PVDF薄膜為半球形柔性薄膜，所述半球形柔性薄膜上包括壓電薄膜、金屬化電極、保護膜和引線，在移動過程中，物體表面細微的紋理顆粒對PVDF微單元造成擠壓產生感應電荷，從而可以判斷與之接觸的物體表面紋理特性。

本發明的進一步改進，所述橡膠指尖為類半球體空腔，其外表面分布同心圓環狀紋理突起，所述橡膠指尖底部有圓柱凹陷，所述圓柱凹陷直徑大于內骨架的圓柱頭，用于連接和固定，所述橡膠指尖側面有圓形注液孔，所述密封塞蓋住圓形注液孔，用于傳遞外部壓力。

本發明的進一步改進，所述密封塞前端為硬質導管，所述密封塞底部有底部活塞，所述底部活塞為柔性橡膠圓盤，所述底部活塞與硬質導管之間通過橡膠連接，所述液壓傳感器安裝在硬質導管底部與底部活塞的連接處，用于測量由外部壓力產生的液體壓力的改變。