[發(fā)明專利]一種基于壓電納米發(fā)電機(jī)的機(jī)器人電子皮膚模擬觸感裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011416658.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN112461412B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭海務(wù);蘇煥鑫;吳永輝;周炎;張嘉偉;劉紅儒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/16
• 分類號(hào): G01L1/16;G08C17/02;H02J7/32;H02N2/18
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

本發(fā)明提出了一種基于壓電納米發(fā)電機(jī)的機(jī)器人電子皮膚模擬觸感裝置，包括壓電發(fā)電模塊，壓電發(fā)電模塊安裝在機(jī)器人的機(jī)械手上，壓電發(fā)電模塊通過(guò)無(wú)線模塊與信息反饋系統(tǒng)相連接，壓電發(fā)電模塊包括柔性的壓電納米發(fā)電機(jī)、信號(hào)處理電路、微控制單元和蓄電池，壓電納米發(fā)電機(jī)分別與信號(hào)處理電路和蓄電池相連接，信號(hào)處理電路與微控制單元相連接，微控制單元與無(wú)線模塊相連接；信息反饋系統(tǒng)包括信息處理單元，無(wú)線模塊與信息處理單元相連接。本發(fā)明的壓電納米發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全彎曲和卷曲，制作簡(jiǎn)單，使用方便，成本低廉，更好的切合人體或機(jī)械表面；能夠?qū)Σ煌臋C(jī)械力產(chǎn)生不同的響應(yīng)來(lái)充當(dāng)機(jī)器人的觸覺，且大大提高了機(jī)器人觸感的敏感性和反映度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人觸感模擬的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于壓電納米發(fā)電機(jī)的機(jī)器人電子皮膚模擬觸感裝置。

背景技術(shù)

基于壓電復(fù)合膜制備的柔性壓電納米發(fā)電機(jī)通常由壓電填料和柔性基質(zhì)組成，壓電納米發(fā)電機(jī)受到外力刺激時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)輸出。傳統(tǒng)的壓電復(fù)合膜在制備的過(guò)程中，是直接將柔性的基質(zhì)和壓電陶瓷顆粒填料混合制備而成。但是這種壓電復(fù)合膜的固化中，壓電顆粒在重力的影響下，會(huì)出現(xiàn)大部分顆粒聚集在壓電復(fù)合膜的下部的現(xiàn)象，考慮到壓電發(fā)電機(jī)在受到外力的刺激下，大部分應(yīng)力會(huì)被上層的基質(zhì)所吸收和消耗，進(jìn)一步抑制電信號(hào)輸出。根據(jù)壓電材料的壓電效應(yīng)，必須采用有效的方式方法去提高復(fù)合膜中應(yīng)力傳遞能力，進(jìn)而提高壓電發(fā)電機(jī)的壓電輸出。另外，在當(dāng)今社會(huì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中，機(jī)器人電子皮膚觸感在為新一代新生事物，也在快速蓬勃發(fā)展。將壓電發(fā)電機(jī)用于機(jī)器人觸感系統(tǒng)中也是迎合社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要的元素。而全柔性的壓電納米發(fā)電機(jī)對(duì)于滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求也是一個(gè)挑戰(zhàn)。對(duì)比之前報(bào)道的銅、鋁箔、ITO/PET等電極，由于其脆弱性不能實(shí)現(xiàn)全彎曲，碳納米管及石墨烯等昂貴電極沒有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，因此，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中能夠?qū)崿F(xiàn)全柔性的機(jī)器人觸感反饋系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生巨大的潛在性應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器人電子皮膚觸覺模擬裝置不能自供電，電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)全彎曲，成本較高的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于壓電納米發(fā)電機(jī)的機(jī)器人電子皮膚模擬觸感裝置，可以實(shí)現(xiàn)自供電，壓電納米發(fā)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全彎曲和卷曲，成本低廉，且切合人體或機(jī)械表面，可以更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍的人或者其他事物的具有感知。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于壓電納米發(fā)電機(jī)的機(jī)器人電子皮膚模擬觸感裝置，包括壓電發(fā)電模塊，壓電發(fā)電模塊安裝在機(jī)器人的機(jī)械手上，所述壓電發(fā)電模塊通過(guò)無(wú)線模塊與信息反饋系統(tǒng)相連接，壓電發(fā)電模塊包括柔性的壓電納米發(fā)電機(jī)、信號(hào)處理電路、微控制單元和蓄電池，壓電納米發(fā)電機(jī)分別與信號(hào)處理電路和蓄電池相連接，蓄電池與微控制單元相連接，信號(hào)處理電路與微控制單元相連接，微控制單元與無(wú)線模塊相連接；所述信息反饋系統(tǒng)為上位機(jī)或移動(dòng)終端，無(wú)線模塊與上位機(jī)或移動(dòng)終端相連接。

所述壓電納米發(fā)電機(jī)的數(shù)量設(shè)有三個(gè)，三個(gè)壓電納米發(fā)電機(jī)并聯(lián)連接。

所述信息反饋系統(tǒng)包括語(yǔ)音提示模塊和顯示屏，語(yǔ)音提示模塊和顯示屏均通過(guò)無(wú)線模塊與微控制單元相連接，語(yǔ)音提示模塊用于播放壓電納米發(fā)電機(jī)的表面受到力后信號(hào)處理后的信息，顯示屏通過(guò)動(dòng)漫表情展示壓電納米發(fā)電機(jī)表面受到力處理后的表情；所述無(wú)線模塊為藍(lán)牙無(wú)線模塊，藍(lán)牙無(wú)線模塊包括藍(lán)牙發(fā)射模塊和藍(lán)牙接收模塊，藍(lán)牙發(fā)射模塊和藍(lán)牙接收模塊相匹配，藍(lán)牙發(fā)射模塊與微控制單元相連接，藍(lán)牙接收模塊與上位機(jī)或移動(dòng)終端相連接。

所述信號(hào)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(fā)電機(jī)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(wěn)壓管D1相連接，穩(wěn)壓管D1與微控制單元3相連接；同像比例放大器放大壓電納米發(fā)電機(jī)輸出信號(hào)，同時(shí)降低高頻噪聲；同像滯回比較器的輸出端利用穩(wěn)壓管D1鉗位后，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，從而輸出峰值為5V的方波。