[發明專利]基于柔性材料的壓力分布測量分析系統及方法

有效

• 申請號: 201810220164.3
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108731853B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 王興松;岳尚軍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張俊范

本發明公開了一種基于柔性材料的壓力分布測量分析系統，包括柔性壓敏傳感陣列，行多路選擇電路，用于將參考電壓接入選定行的每個柔性壓敏傳感單元的驅動端；電壓鏡掃描電路，將選定行的柔性壓敏傳感單元的驅動端連接高電平，其余行連接低電平；信號放大調理電路，對選定行的柔性壓敏傳感單元的測量信號放大輸出送至信號采集處理模塊；信號采集處理模塊，接收信號放大調理電路的輸出信號轉換為壓力測量結果發送至顯示模塊顯示壓力測量結果。本發明還公開了一種基于柔性材料的壓力分布測量分析方法。本發明系統及方法可應用在多種需要測量壓力的場合，有效解決了傳感器傳感單元之間的耦合問題，對測得的數據直觀顯示，便于控制。

技術領域

本發明涉及一種壓力分布測量分析系統及方法，特別是涉及一種基于柔性材料的壓力分布測量分析系統及方法，屬于傳感技術領域。

背景技術

隨著人工智能的興起，機器人和外界的信息交互已越發成為智能機器人研究領域的研究重點，目前，機器人視覺和聽覺方面的研究已取得重大成果并能在科技社會中已大量的應用。然而，由于觸覺的不確定性和復雜性，人們對觸覺信息測量的研究目前僅處于實驗室研究階段。

作為機器人觸覺中一個重要分支，機器人足底壓力分布不僅能夠為機器人在運動過程中提供外界接觸面的反饋信息進而對其自主運動提供控制，還能反應生物個體——人的身體狀況，人體足部的病變在很大程度上是由人體疾病(如皮膚潰瘍，糖尿病，神經損傷等引起)，這些都會引起人體雙足壓力分布的變化。

發明內容

針對上述現有技術的缺陷，本發明提供了一種基于柔性材料的壓力分布測量分析系統，解決接觸壓力的測量及傳感陣列單元間的耦合問題，得到更有效的測量數據。本發明還提供了一種基于柔性材料的壓力分布測量分析方法，以獲取壓力分布圖，以便獲取相關關鍵點的實時數據進行跟蹤和處理，對控制對象進行反饋控制。

本發明技術方案如下：一種基于柔性材料的壓力分布測量分析系統，包括：

柔性壓敏傳感陣列，由m行n列的柔性壓敏傳感單元構成；

行多路選擇電路，依次選擇第i行的柔性壓敏傳感單元，i＝1,2,…,m，將參考電壓接入該行的每個柔性壓敏傳感單元的驅動端，所述行多路選擇電路包括多路模擬選擇開關，所述多路模擬選擇開關的第i個輸出端與第i行的所有柔性壓敏傳感單元的驅動端連接，所述多路模擬選擇開關的輸入端與信號采集處理模塊連接；

電壓鏡掃描電路，將所述行多路選擇電路選擇的第i行的柔性壓敏傳感單元的驅動端連接高電平，其余行的柔性壓敏傳感單元的驅動端連接低電平，所述電壓鏡掃描電路包括譯碼器和三態門反向模擬緩沖器，所述譯碼器的輸入端與信號采集處理模塊連接，譯碼器的輸出端與三態門反向模擬緩沖器的輸入端連接，三態門反向模擬緩沖器的第i個輸出端與第i行的所有柔性壓敏傳感單元的驅動端連接；

信號放大調理電路，所述信號放大調理電路包括n個運算放大器，所述同一列的柔性壓敏傳感單元的信號端與同一運算放大器的反相輸入端連接，所有運算放大器的同相輸入端接地，所述運算放大器的輸出端為信號放大調理電路的輸出端，信號放大調理電路的n個輸出端與信號采集處理模塊連接；

信號采集處理模塊，控制所述行多路選擇電路和電壓鏡掃描電路第i行的柔性壓敏傳感單元，接收信號放大調理電路的輸出信號轉換為壓力測量結果發送至顯示模塊；

顯示模塊，顯示壓力測量結果。

進一步的，所述柔性壓敏傳感陣列包括壓敏單元以及依次設置的上柔性電路板、中間固定層和下柔性電路板，所述上柔性電路板設有m行n列的驅動端電極，所述下柔性電路板設有m行n列的信號端電極，所述中間固定層設有m行n列的固定通孔，所述壓敏單元設置于所述固定通孔內，所述上柔性電路板和下柔性電路板貼合于所述中間固定層的上表面和下表面，所述驅動端電極、壓敏單元以及信號端電極的位置一一對應。

優選的，所述壓敏單元為導電橡膠片。