[發明專利]一種全局剛度可控的機器人仿生柔性電子皮膚

有效

• 申請號: 202210095299.8
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114459642B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 楊賡;簡熠輝;葉知秋;龐高陽;徐凱臣;楊華勇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G06F3/041;G06F3/044
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種全局剛度可控的機器人仿生柔性電子皮膚，其特征在于：包括迫近感知層(1)、靈敏接觸感知層(2)和負載敏感觸覺感知層(3)；

靈敏接觸感知層(2)層疊鋪設在負載敏感觸覺感知層(3)上表面，靈敏接觸感知層(2)的上表面設置有迫近感知層(1)，迫近感知層(1)、靈敏接觸感知層(2)和負載敏感觸覺感知層(3)分別用于檢測外界物體對皮膚的迫近、接觸和壓力，其中負載敏感觸覺感知層(3)的調節實現仿生柔性電子皮膚的全局剛度可控；

所述靈敏接觸感知層(2)由多個基于仿生毛發結構的靈敏柔性觸覺傳感器(20)以陣列形式進行拼接后層疊鋪設在負載敏感觸覺感知層(3)上表面；

所述靈敏柔性觸覺傳感器(20)包括平整柔性基底(201)、柔性毛發結構(202)、柔性電阻式應變傳感器(203)和柔性電極(204)；

平整柔性基底(201)的中部開有十字槽，十字槽的四個分支槽中均設置有柔性毛發結構(202)，每個柔性毛發結構(202)的一端與平整柔性基底(201)固定連接，每個柔性毛發結構(202)的另一端往十字槽的中間延伸并向上產生形變后與另外三個柔性毛發結構(202)的另一端固定連接，使得四個柔性毛發結構(202)共同構成三維的仿生毛發結構；每個柔性電阻式應變傳感器(203)設置在對應柔性毛發結構(202)的上表面和靠近當前柔性毛發結構(202)的平整柔性基底(201)上表面；每個柔性電阻式應變傳感器(203)與對應的柔性電極(204)電連接；

所述迫近感知層(1)包括多個非接觸電容式迫近柔性傳感器(10)；多個非接觸電容式迫近柔性傳感器(10)呈陣列形式地間隔鋪設在靈敏接觸感知層(2)上。

2.根據權利要求1所述的一種全局剛度可控的機器人仿生柔性電子皮膚，其特征在于：

所述負載敏感觸覺感知層(3)包括多孔柔性基底(33)和多個負載敏感柔性觸覺傳感器(30)，多個負載敏感柔性觸覺傳感器(30)以陣列形式地嵌裝在多孔柔性基底(33)中，多孔柔性基底(33)和多個負載敏感柔性觸覺傳感器(30)上層疊鋪設靈敏接觸感知層(2)。

3.根據權利要求2所述的一種全局剛度可控的機器人仿生柔性電子皮膚，其特征在于：

所述負載敏感柔性觸覺傳感器(30)包括硅膠氣室單元(31)、觸覺傳感單元(32)，觸覺傳感單元(32)嵌裝于硅膠氣室單元(31)內；

觸覺傳感單元(32)包括兩根導線(321)、兩根銅針(322)和柔性多孔傳感單元主體(323)；

每根導線(321)的一端與對應銅針(322)的一端進行焊接，兩根銅針(322)的另一端分別插到柔性多孔傳感單元主體(323)的上部和下部，兩根銅針(322)在空間上正交設置；

硅膠氣室單元(31)包括氣室主體(311)、氣室封蓋(312)、氣管(313)、無彈性布(314)；

氣室主體(311)的底部開口，氣室主體(311)的底部套裝在氣室封蓋(312)中實現氣室主體(311)的密封，氣室主體(311)內嵌裝有柔性多孔傳感單元主體(323)，氣室主體(311)和氣室封蓋(312)外包覆無彈性布(314)，氣管(313)的一端穿過氣室封蓋(312)使得氣管(313)設置在氣室主體(311)內，氣管(313)的另一端與外部的控制閥及氣泵相連接，通過氣管(313)對氣室內充放氣進而實現氣室主體(311)的剛度調節；兩根導線(321)的另一端通過氣室主體(311)和氣室封蓋(312)之間的縫隙引出或從氣管(313)中引出。

4.根據權利要求3所述的一種全局剛度可控的機器人仿生柔性電子皮膚，其特征在于：所述氣室主體(311)、氣室封蓋(312)和氣管(313)之間硅膠粘連劑進行密封。