[發明專利]一種基于感溫變色油墨材料的多模態觸覺感知裝置

在審

• 申請號: 201811004928.1
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109015763A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 孫富春;薛紅香;方斌;張春;劉華平;夏子煒
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J19/02
• 分類號: B25J19/02;G01D21/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提供的一種基于感溫變色油墨材料的多模態觸覺感知裝置，屬于機器人傳感器技術領域。包括外殼，該外殼內部設有圖像采集攝像頭、透明彈性體、發光器以及多個支撐結構組件，且該透明彈性體上部凸出于外殼頂部；透明彈性體包括由透明材料聚二甲基硅氧烷制成的透明彈性體本體，該透明彈性體本體凸出于外殼頂部的上表面涂有兩層加入硅膠的感溫變色油墨材料分別形成第一感溫變色層和第二感溫變色層，用于實現溫度、紋理及接觸力信息的獲取。本發明首次將感溫變色油墨材料應用于機器人手，在同一感知裝置中集成溫度、三維接觸力及紋理等多模態信息的測量，具有結構簡單緊湊、可重復使用、適用范圍廣等優點。

技術領域

本發明涉及一種基于感溫變色油墨材料的多模態觸覺感知裝置，屬于機器人傳感器技術領域。

背景技術

隨著工業現代化的進程和電子信息產業連續的高速增長，溫度傳感器在精度、靈敏度等方面有了很大的提升，被廣泛應用于很多領域，在工業生產、科學技術等領域發揮著重大的作用，但在機器人行業的應用甚少且具有一定的局限性。因現有的溫度傳感器只具有溫度這一模態，較難與其他模態融合。而在機器人領域，操作過程中獲取的模態越多、各個模態之間的聯系越密切，機器人的智能性越強。盡管，現今的溫度傳感器可以被安裝于機器人的手部、頭部等，但當機器人抓取一個溫度不均的物體時，很難獲取到物體的真實溫度或者物體相關的其他信息。

傳統的溫度傳感器按傳感器與被測對象的接觸方式可分為兩類，一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器。接觸式溫度傳感器通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，其測量精度較高，并在一定程度上還可測量物體內部的溫度分布，但對于運動的、熱容量比較小的、或對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。非接觸式溫度傳感器與被測對象互不接觸，最常用的是輻射熱交換原理，其被測對象多為處于運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測溫度場的溫度分布，但受環境的影響比較大。而機器人在操作過程中獲取接觸物體的溫度時，物體可能會產生運動并且環境復雜程度往往不能確定。因此，傳統的溫度傳感器在機器人操作過程中存在很多誤差隱患。

感溫變色材料為特定溫度下，因電子轉移使該有機物的分子結構發生變化，從而實現顏色轉變的一種感溫材料。其可隨溫度的上升、下降而反復變色，內部含有微膠囊變色顆粒，粒徑在1～10μm之間，并具有耐高溫、抗氧化等特性。該感溫變色材料可用于聚丙烯(PP)、軟聚氯乙烯(S-PVC)和硅膠等透明或半透明塑料的注塑、擠塑成型；也可混入不飽和聚脂、環氧樹脂、有機玻璃或尼龍單體內澆鑄、模壓、固化成型為油墨基材；還常用于水杯、筷子、勺子等感溫產品的生產。

目前還未見將上述感溫變色材料應用于機器人手的相關技術。

發明內容

本發明的目的是為了克服現已有技術的不足之處，提供一種基于感溫變色油墨材料的多模態觸覺感知裝置。本發明首次將感溫變色油墨材料應用于機器人手，本裝置可用于機器人操作過程中的溫度傳感器，并將溫度傳感器與觸覺傳感器融合，從而提供了一種多模態觸覺感知裝置，該裝置可獲得機器人在操作過程中的三維接觸力、接觸物體表面的溫度、紋理等多個模態的信息。

本發明為實現上述目的，采取如下技術方案：

一種基于感溫變色油墨材料的多模態觸覺感知裝置，包括外殼，該外殼內部設有圖像采集攝像頭、透明彈性體以及多個支撐結構組件，且所述透明彈性體上部凸出于外殼頂部；其中，所述圖像采集攝像頭通過攝像頭支撐板與外殼底部固連；中部支撐板位于圖像采集攝像頭上方且由固定在外殼底部四個角部的臺肩支撐，該中部支撐板上設有透光孔；所述中部支撐板位上表面設置用于支撐透明彈性體的透明支撐塊，該透明支撐塊的上部四周通過中部固定板限位，該中部固定板支撐于外殼側壁上；所述透明彈性體的下部四周設有均布的發光器，且該發光器由所述中部固定板支撐；所述圖像采集攝像頭的鏡頭、中部支撐板位的透光孔、透明支撐塊和透明彈性體均共光軸設置；