[發明專利]一種多層電子皮膚結構

在審

• 申請號: 202210086737.4
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114489338A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 周艷敏;胡奇;何斌;汪亞飛;朱忠攀;陸萍
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06N3/04;G06N3/08;G01D21/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

本發明涉及一種多層電子皮膚結構，包括若干個皮膚單元，每個皮膚單元包括拉伸感知層、靜電感知層、振動感知層和壓力感知層，在接觸物體時，拉伸感知層用于獲取接觸物的表面屬性，靜電感知層用于獲取接觸物的靜電屬性和三維力，振動感知層用于獲取接觸力的振動屬性，壓力感知層用于獲取接觸點的位置信息。與現有技術相比，本發明具有檢測內容豐富等優點。

技術領域

本發明涉及一種仿生電子皮膚領域，尤其是涉及一種多層電子皮膚結構。

背景技術

近些年來隨著機器學習、人工智能等技術的發展與應用，仿生機器人作為更先進的生產力，不僅引起了學界的廣泛關注與研究，而且在工業界也發揮著不可替代的作用。仿生機器人以人作為研究的范例，在視覺和聽覺方面的研究已經相當成熟。然而，觸覺作為人體分布最廣、最基本的感覺，使仿生機器人在工業現場中獲得良好的觸覺感知能力，是目前學界與工業界亟需解決的難題。

目前的機器人電子皮膚結構仍存在諸多不足，主要體現在以下方面：目前的研究主要集中在單軸力的測量上，而觸覺信息主要是三維力；電子皮膚結構大多只能識別接觸力的大小，不能識別接觸物的屬性，獲取信息不完整。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種多層電子皮膚結構。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種多層電子皮膚結構，包括若干個皮膚單元，每個皮膚單元包括拉伸感知層、靜電感知層、振動感知層和壓力感知層，在接觸物體時，所述拉伸感知層用于獲取接觸物的表面屬性，所述靜電感知層用于獲取接觸物的靜電屬性和三維力，所述振動感知層用于獲取接觸力的振動屬性，所述壓力感知層用于獲取接觸點的位置信息。

進一步地，所述皮膚單元呈仿指紋式分布。

進一步地，壓力感知層的接觸點的位置信息的獲取方法如下：

A1、實時獲取每個皮膚單元中壓力感知層的感知值；

A2、獲取感知值瞬時變化值最大的感知單元作為目標感知單元；

A3、獲取目標感知單元的x方向和y方向上相鄰的四個感知單元，將四個感知單元中壓力感知層的感知值輸入BP神經網絡，得到目標感知單元的坐標。

進一步地，所述電子皮膚內設置有控制器，所述控制器判斷所述電子皮膚是否滿足接觸事件，當滿足接觸事件時才將電子皮膚結構獲取的信息傳輸至上位機。

進一步地，多層電子皮膚結構的每一層均對應一種接觸事件，所述控制器分別判斷拉伸感知層、靜電感知層、振動感知層和壓力感知層是否滿足接觸事件，將滿足接觸事件的層獲取的信息傳輸至上位機。

進一步地，所述接觸事件判斷步驟如下：

S1、獲取在采樣時間段前后兩次電子皮膚的感知值，作為第一傳感值和第二傳感值；

S2、判斷第一傳感值和第二傳感值差值的絕對值是否不小于傳感閾值，若是，則判斷為存在接觸事件；若否，則判斷為不存在接觸事件。

進一步地，所述拉伸感知層包括基于可變拉伸電阻的拉伸傳感器。

進一步地，所述靜電感知層包括多個基于平行板電容器的壓力傳感器。

進一步地，所述振動感知層包括基于壓電效應的接觸振動傳感器和基于壓阻效應的壓力傳感器。

進一步地，所述壓力感知層包括基于壓阻效應的壓力傳感器。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：