[發明專利]應用于機器人碰撞檢測的大面積電子皮膚感知系統及方法

在審

• 申請號: 202310466987.5
• 申請日: 2023-04-27
• 公開（公告）號: CN116352763A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 吳豪;韓成;毛江艷
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 樂綜勝

本發明公開了一種應用于機器人碰撞檢測的大面積電子皮膚感知系統及方法，其特征在于，包括可貼合的柔性觸覺傳感陣列和數據采集與處理裝置，柔性觸覺傳感陣列包括一對柔性基底、封裝于兩柔性基底之間的壓力敏感層以及柔性基底之外的器件保護層；柔性基底上設有若干等間距平行設置的電極，且兩柔性基底上的電極正交設置構成陣列；壓力敏感層通過電極與數據采集與處理裝置連接。本發明實現實時的接觸式觸覺感知，從而在人機交互、多機協作的實際應用場景中實現低成本的機器人碰撞檢測，保障機器人運行安全。

技術領域

本發明具體涉及一種應用于機器人碰撞檢測的大面積電子皮膚感知系統及方法。

背景技術

智能機器人技術是當今發展最引人注目的高新技術之一，其基于計算機視覺、自然語言處理、深度學習等技術將多種傳感器得到的信息進行融合，能夠有效的適應變化的環境，具有很強的自適應、學習和自我決策能力。智能機器人已經逐步走入我們的日常生活，在工業、醫療、服務、物流等領域有著廣泛的應用前景，用以代替人類執行各種任務，此時機器人的安全性能就顯得至關重要，而機器人碰撞檢測能力直接決定了機器人的安全性能。

現有技術中，機器人碰撞檢測普遍采用的有兩種方式，一種是接觸式，另一種是非接觸式。接觸式主要分為基于電流環、關節力矩傳感器和電子皮膚的碰撞檢測，非接觸式主要分為基于視覺、紅外和超聲波傳感器的碰撞檢測。非接觸式碰撞檢測的上述方法，成本高昂，容易受到環境因素的干擾，且難以做到全方位覆蓋，導致碰撞檢測效果較差。接觸式碰撞檢測中，基于電流環的碰撞檢測是在機器人動力學模型的基礎上，結合電流環力矩反饋信息感知外力，并判斷是否發生碰撞的，但機器人動力學模型難以精確辨識，導致該方法靈敏度和可靠性不高；基于關節力矩傳感器的碰撞檢測是直接根據關節力矩傳感器的反饋信息感知外力，并判斷是否發生碰撞的，但力矩傳感器成本高，難以大批量使用；基于電子皮膚的碰撞檢測是根據機器人表面電子皮膚中的壓力傳感器檢測信息感知外力，并判斷是否發生碰撞的，但目前僅基于單一單元的電子皮膚傳感器，空間分辨率低，導致該方法檢測精度不高。

電子皮膚因其柔性、易于貼合不規則表面，而在智能機器人領域顯示出廣闊的應用前景，其能夠檢測傳感器與環境直接接觸時的外部環境參數，從而反應外部環境的狀況，進而實現顯示、傳輸和控制。在機器人碰撞檢測應用中，電子皮膚能夠順應地貼附并覆蓋機器人表面，實現全方位覆蓋，并顯示碰撞發生的區域。因此亟需一種低成本、高空間分辨率的大面積電子皮膚系統以實現全方位的機器人碰撞檢測，保障機器人安全運行。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的上述缺陷，提供了一種應用于機器人碰撞檢測的大面積電子皮膚感知系統及方法，實現實時的接觸式觸覺感知，從而在人機交互、多機協作的實際應用場景中實現低成本的機器人碰撞檢測，保障機器人運行安全。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種應用于機器人碰撞檢測的大面積電子皮膚感知系統，其特征在于，包括可貼合的柔性觸覺傳感陣列和數據采集與處理裝置，

柔性觸覺傳感陣列包括一對柔性基底、封裝于兩柔性基底之間的壓力敏感層以及柔性基底之外的器件保護層；柔性基底上設有若干等間距平行設置的電極，且兩柔性基底上的電極正交設置構成陣列；柔性基底非電極面設有位于電極正交點上方的凸點陣列；壓力敏感層與數據采集與處理裝置連接。

按照上述技術方案，柔性基底為聚酰亞胺薄膜材質的柔性電路板；電極為PI-Ag材質的導電復合物；壓力敏感層為滲碳聚烯烴材質；器件保護層為PU薄膜；凸點陣列包括錫點、硅膠或UV膠。

按照上述技術方案，作為器件保護層的PU薄膜厚度為0.5～2mm，電極的寬度為1-5mm，相鄰平行的電極間隔為6-15mm；凸點的直徑為1-3mm，高度為0.3-0.8mm。

按照上述技術方案，柔性基底及壓力敏感層通過低表面能雙面膠上下貼合，并通過冷壓工藝與器件保護層進行柔性封裝。