[發明專利]一種電容式觸摸傳感器、電子皮膚和智能機器人

在審

• 申請號: 201810093946.5
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108446042A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 孫滕諶;張大華;莊瑋
• 申請（專利權）人: 北京他山科技有限公司
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041;G06F3/044;H03K17/96;G01L5/16
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司 11137
• 代理人: 林建軍

本發明涉及一種電容式觸摸傳感器和智能機器人。本發明一種電容式觸摸傳感器，包括多個傳感器單元，每個傳感器單元包括4個多功能層包含的區域，4個多功能層構成用于判別外部物體的識別和接近程度的兩個電容C1和C2；每個多功能層的內部均設置有兩層電極，兩層電極構成用于測定三維力的大小和方向4個平行板電容。其有益效果是：本發明的多功能層可以形成電容的電極，完整實現接觸覺功能要求；多功能層還可以作為其內部的多個平行板電容的電磁屏蔽層，從而在有效提高三維力測量抗干擾能力的前提下，還可以實現接觸覺的全部功能；當形成傳感器矩陣時，多功能層可以用來實現分區域屏蔽式掃描，有效地避免了相鄰傳感器單元的串擾問題。

技術領域

本發明涉及一種電容式觸摸傳感器、電子皮膚和智能機器人，適用于人工智能的技術領域。

背景技術

近年來，智能機器人在工業領域已經發展到大規模實用階段，智能機器人與外部世界的交互作用需要模仿人類的各種感官功能的智能傳感器，主要包括：視覺傳感器、聽覺傳感器、觸覺傳感器和嗅覺傳感器。到目前為止，視覺傳感器和聽覺傳感器已經發展成熟并廣泛地應用在工業機器人領域。但隨著智能機器人向人類活動的各個領域深入擴展，特別是農業機器人、家庭服務機器人、醫療服務機器人和酒店餐飲業服務機器人等領域，需要機器人能夠完成更加靈活、復雜的動作，同時由于這些領域的機器人需要與人類做更加密切的接觸，必須保證機器人與人類接觸的安全性和舒適性。因此，具有類似人類觸覺功能的高度敏感的觸覺傳感器就顯得越來越重要。世界各國均對仿生觸覺傳感器開展了廣泛的研究。

智能觸覺傳感器應具備以下基本功能：

接觸覺：當智能機器人的肢體即將或剛剛接觸外部物體時，應能對即將或剛剛接觸的外部物體進行大致的分類并判斷即將接近的外部物體的速度和距離。例如：服務類機器人應能分辨出即將或剛剛接觸的物體是人類肢體或其他物體，農業采摘機器人應能分辨即將或剛剛接觸的物體是水果、棉花或植物枝葉，同時應能判斷接近的速度和距離，以便智能機器人能恰當的控制其肢體接近或接觸外部對象的初速度，以避免對即將接觸的人體造成傷害或對即將接觸的物體造成損壞。

壓覺和滑動覺：當智能機器人的肢體接觸到外部物體后，應能感知其施加的三維壓力的大小和方向，以便智能機器人能將其施加于外部物體的三維壓力控制在適合的范圍，例如：服務類機器人端起茶杯時應控制其施加于茶杯的三維壓力，使其即不至于被捏碎，又不至于滑落。另外，當智能機器人的肢體在外部物體上滑動時應能感知滑動的方向和滑動速度，以便智能機器人能將控制滑動的方向和速度，例如：按摩服務機器人應能將其手掌在人體上滑動的速度和方向控制在適當的范圍。

溫濕度覺：當智能機器人的肢體接近或接觸到外部物體時應能感知外部環境和外部物體的溫度，以便智能機器人保護智能機器人自身的肢體不受到高溫或低溫的損壞，同時保護其服務對象不受到高溫或低溫的傷害，例如：服務機器人給老人或病人端茶水時應判斷茶水的溫度是否適合人類飲用；當智能機器人肢體接近火焰或高溫物體時應能主動趨避。另外，智能機器人的肢體接近或接觸到外部物體時應能感知外部環境和外部物體的濕度，例如：家庭服務機器人，幫人類晾曬衣物時應能分辨出衣物是否已經晾干。

除上述基本功能外，由于仿生機器人的全部肢體需要大面積覆蓋具有大量觸摸傳感器的仿生皮膚，因此，智能觸摸傳感器還需要符合小型化、低功耗、便于形成傳感器矩陣的要求。

現有智能觸摸傳感器技術研究，按傳感原理劃分，主要分為，電阻式、電容式、光電式、壓電式、電感式、微機電式和復合式(兩種或兩種以上原理復合)。目前大都處在實驗室研究階段，還沒有成熟到實用階段，隨著研究的深入，越來越多的研究團隊將關注點聚焦于電阻式、電容式和阻容復合式，由于其制作工藝簡單、成本低便于批量生產等特點已經接近于成熟。