[發明專利]一種基于壓電納米發電機的機器人電子皮膚模擬觸感裝置

有效

• 申請號: 202011416658.2
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112461412B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 鄭海務;蘇煥鑫;吳永輝;周炎;張嘉偉;劉紅儒
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G08C17/02;H02J7/32;H02N2/18
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

1.一種基于壓電納米發電機的機器人電子皮膚模擬觸感裝置，包括壓電發電模塊，壓電發電模塊安裝在機器人的機械手上，其特征在于，所述壓電發電模塊通過無線模塊與信息反饋系統相連接，壓電發電模塊包括柔性的壓電納米發電機、信號處理電路、微控制單元和蓄電池，壓電納米發電機與信號處理電路相連接，信號處理電路分別與微控制單元和蓄電池相連接，蓄電池與微控制單元相連接，微控制單元與無線模塊相連接；所述信息反饋系統為上位機或移動終端，無線模塊與上位機或移動終端相連接；

所述壓電納米發電機從上到下依次包括基底、下電極、柔性的壓電復合膜、上電極和基質，所述基底或基質設置在機器人的機械手或人體活動部位；

所述基底和基質均由聚二甲基硅氧烷制成；所述壓電復合膜由無鉛壓電陶瓷材料和聚二甲基硅氧烷制成。

2.根據權利要求1所述的基于壓電納米發電機的機器人電子皮膚模擬觸感裝置，其特征在于，所述壓電納米發電機的數量設有三個，三個壓電納米發電機并聯連接。

3.根據權利要求1或2所述的基于壓電納米發電機的機器人電子皮膚模擬觸感裝置，其特征在于，所述信息反饋系統包括語音提示模塊和顯示屏，語音提示模塊和顯示屏均通過無線模塊與微控制單元相連接，語音提示模塊用于播放壓電納米發電機的表面受到力后信號處理后的信息，顯示屏通過動漫表情展示壓電納米發電機表面受到力處理后的表情；所述無線模塊為藍牙無線模塊，藍牙無線模塊包括藍牙發射模塊和藍牙接收模塊，藍牙發射模塊和藍牙接收模塊相匹配，藍牙發射模塊與微控制單元相連接，藍牙接收模塊與上位機或移動終端相連接。

4.根據權利要求3所述的基于壓電納米發電機的機器人電子皮膚模擬觸感裝置，其特征在于，所述信號處理電路包括同相比例放大器和同相滯回比較器，同像比例放大器與壓電納米發電機相連接，同像比例放大器與同像滯回比較器相連接，同像滯回比較器與穩壓管D1相連接，穩壓管D1與微控制單元相連接；同像比例放大器放大壓電納米發電機輸出信號，同時降低高頻噪聲；同像滯回比較器的輸出端利用穩壓管D1鉗位后，將信號轉化為數字信號，從而輸出峰值為5V的方波。

5.根據權利要求4所述的基于壓電納米發電機的機器人電子皮膚模擬觸感裝置，其特征在于，所述同像比例放大器包括運算放大器OP1，運算放大器OP1的同相輸入端與壓電納米發電機相連接，壓電納米發電機上并聯有電阻R₃，運算放大器OP1的反相輸入端與電阻R₁相連接，運算放大器OP1的反相輸入端通過電阻R₂與集成運算放大器OP1的輸出端相連接，電阻R₂上并聯有電容C₁；運算放大器OP1的輸出端與電阻R₅相連接，電阻R₅與同像滯回比較器相連接；所述同像滯回比較器包括運算放大器OP2，運算放大器OP2的同相輸入端分別與電阻R₅和電阻R₆相連接，運算放大器OP2的反相輸入端與電阻R₄相連接，運算放大器OP2的輸出端與電阻R₇相連接，電阻R₇和電阻R₆均與穩壓管D1的正極相連接，穩壓管D1的負極接地，穩壓管D1的正極輸出處理后的數字信號。

6.根據權利要求1所述的基于壓電納米發電機的機器人電子皮膚模擬觸感裝置，其特征在于，所述下電極和上電極均為銀納米線。

7.根據權利要求6所述的基于壓電納米發電機的機器人電子皮膚模擬觸感裝置，其特征在于，所述壓電納米發電機的上電極和下電極的制備方法的步驟如下：

1）將玻璃襯底清洗干凈，將配制好的聚二甲基硅氧烷溶液通過勻膠機在玻璃襯底上制備厚度一致的基底；

2）將濃度為0.05 mg/ml的銀納米線混合液分散均勻后，通過真空抽濾方式將酒精和銀納米線分離出來，在有機濾紙上形成了一層致密的銀納米線薄膜；

3）將有機濾紙上的銀納米線薄膜采用干轉移技術轉移到步驟一制作的基底上，制備成柔性電極。