应激传感系统及应用应激传感系统的机器人的制作方法

本申请涉及传感器领域，尤其涉及一种应激传感系统及应用应激传感系统的机器人。

背景技术：

应激性是指生物在接受外界刺激时迅速做出保护自己行为的反应，该反应不经过大脑，因此反应非常迅速。动物应激性十分复杂，动物应激性依靠神经反射，如人手指碰到图钉是先迅速抽离再会感觉疼痛。应激反应是通过脊髓进行控制，反射就是应激的一种形式，其反射弧主要包括感受器、传入神经元、神经中枢、传出神经元和效应器。

机器人是自动执行工作的机器装置，能够协助或取代人类工作。随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大。仿人机器人是机器人研究领域中用于实现人机情感交互一个重要方向。“仿人”的意义在于使得机器人具有类人的感知和/或交互能力。基于人类的应激性原理进行仿生可以提高机器人对外界刺激处理的实时性，可以满足机器人对环境智能感知和自调整的要求。

目前有一些机器人的机械手上己安装有压力传感器，使其具有感知压力的功能。然而现有的压力传感器只能侦测直接作用于该压力传感器的压力，但是，却无法计算某些未直接作用于该压力传感器却引起机器人形变的作用力，从而使得机器人的压力感知的灵敏度存在一定的局限性。

技术实现要素：

基于以上，有必要针对机器人压力感知的灵敏度低的问题，提供一种应激传感系统及应用应激传感系统的机器人。

本申请提供一种应激传感系统及应用应激传感系统的机器人。所述应激传感系统包括柱体、多个固定环、压力传感装置和电路装置。所述多个固定环间隔套设于所述柱体的外表面。所述压力传感装置设置于所述多个固定环中的相邻两个固定环之间。所述电路装置与所述压力传感装置电连接，用以确定施加于所述应激传感系统的压力大小及位置。

在其中一个实施例中，所述多个固定环中的每个固定环为优弧环。

在其中一个实施例中，所述压力传感装置包括pcb板、弹簧组和感应单元，所述pcb板设置于所述弹簧组表面，所述pcb板表面设置有感应单元。

在其中一个实施例中，所述pcb板包括上pcb板和与所述上pcb板正对设置的下pcb板，所述上pcb板和所述下pcb板分别设置于所述弹簧组的上表面、下表面。

在其中一个实施例中，所述感应单元包括半导体应变片以及与所述半导体应变片连接的导电圆片。

在其中一个实施例中，所述半导体应变片与所述导电圆片之间以三角交错阵列的方式连接。

在其中一个实施例中，所述电路装置包括电流测量结构、主板和多个单刀三掷开关。

在其中一个实施例中，所述应激传感系统还包括耳式连接件，所述耳式连接件与所述固定环之间通过螺栓连接。

在其中一个实施例中，所述耳式连接件交错分布于所述柱体的两侧。

在其中一个实施例中，一种应用应激传感系统的机器人，包括上述任一项所述的应激传感系统。

在本申请所提供的应激传感系统及应用应激传感系统的机器人中，当有外力作用时，所述多个固定环在外力或者机械结构的形变作用下，将会对所述压力传感装置产生挤压。这样所述应激传感系统即可通过所述多个固定环将外力传输至所述压力传感装置。这样所述压力传感装置在所述多个固定环的挤压下所产生的形变下将导致其电阻值发生改变，所述电路装置从而可以根据变化的电阻值确定施加于所述压力传感装置的外力大小以及外力作用位置，并且驱动安装所述应激传感系统的机械结构逃离危险。这样所述应激传感系统不仅可以检测直接作用于所述压力传感装置的作用力，还可以检测使应用所述应激传感系统的机械结构变形的作用力，大大提高了所述应激传感系统的灵敏度。另外，由于所述固定环套设于所述柱体的外表面，在外力作用于所述应激传感系统时，可以通过所述固定环挤压所述压力传感装置将外力传输至所述柱体。由于所述柱体具有较强的压缩模量和拉伸模量，这样在收到外力作用产生变形后，可以如同人体脊髓一样在产生弯曲后恢复直立，从而可以对所述应激传感系统具有较好的保护作用。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的所述应激传感系统结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的所述应激传感系统的前视图；

图3为本申请一实施例提供的所述应激传感系统的后视图；

图4为本申请一实施例提供的所述应激传感系统的侧视图；

图5为本申请一实施例提供的所述压力传感装置的结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的所述感应单元的结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的所述应激传感系统的控制电路图。

附图标记说明

10：柱体

20：固定环

30：压力传感装置

310：pcb板

311：上pcb板

312：下pcb板

320：弹簧组

330：感应单元

331：半导体应变片

332：导电圆片

40：电路装置

41：电流测量结构

42：主板

43：单刀三掷开关

50：耳式连接件

100：应激传感系统

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的应激传感系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参见附图1-4，本申请提供一种应激传感系统100，所述应激传感系统100包括柱体10、多个固定环20、压力传感装置30和电路装置40。所述多个固定环20间隔套设于所述柱体10的外表面。所述压力传感装置30设置于所述多个固定环20中的相邻两个固定环20之间。所述电路装置40与所述压力传感装置30电连接，用以确定施加于所述应激传感系统100的压力大小及位置。

所述柱体10由热塑性聚酯材料(tpee)加工制成，可用通过普通注塑机挤出成型。这样所述柱体10具有较强的压缩模量和拉伸模量，易于弯曲也易于恢复直立状态，这样对所述应激传感系统100和应用所述应激传感系统100的机械结构具有一定的保护作用。所述柱体10可以为圆柱体或者棱柱体，优选为圆柱体。

在本实施例中，当有外力作用时，所述多个固定环20在外力或者机械结构的形变作用下，将会对所述压力传感装置30产生挤压，这样所述应激传感系统100即可通过所述多个固定环20将外力传输至所述压力传感装置30。所述压力传感装置30在所述多个固定环20的挤压所产生的形变下将导致其电阻值发生改变，所述电路装置40从而可以根据变化的电阻值确定施加于所述压力传感装置30的外力大小以及外力作用位置，并且驱动安装所述应激传感系统100的机械结构逃离危险。这样所述应激传感系统100不仅可以检测直接作用于所述压力传感装置30的作用力，还可以检测使应用所述应激传感系统100的机械结构变形的作用力，大大提高了所述应激传感系统100的灵敏度。另外，由于所述固定环20套设于所述柱体10的外表面，在外力作用于所述应激传感系统100时，可以通过所述固定环20挤压所述压力传感装置30将外力传输至所述柱体10。由于所述柱体10具有较强的压缩模量和拉伸模量，这样在收到外力作用产生变形后，可以如同人体脊髓一样在产生弯曲后恢复直立，从而可以对所述应激传感系统100具有较好的保护作用。

在一个实施例中，所述多个固定环20中的每个固定环为优弧环。

所述优弧环为在薄壁圆筒件上开一劣弧开口。所述优弧环用于支撑和固定所述柱体。所述劣弧开口为所述柱体10和应用所述应激传感系统100的机械结构提供粘结的空间。由于所述柱体10具有一定的缓冲功效，这样可以避免应用所述应激传感系统的机械结构的内部震动不会传递给所述应激传感系统100，从而减小对破坏外力测量的干扰。

请参见附图5，在一个实施例中，所述压力传感装置30包括pcb板310、弹簧组320和感应单元330，所述pcb板310设置于所述弹簧组320表面，所述pcb板310表面设置有感应单元330。

在本实施例中，所述pcb板310设置于所述弹簧组320表面。所述弹簧组320具有一定弹性，对作用于所述应激传感系统100的作用力具有一定的缓冲作用，可以仿生人体的骨缓冲韧带对所述应激传感系统100产生一定的保护作用。所述弹簧组320的表面设置有多个感应单元330。在外力作用下，所述柱体10发生形变，并且通过所述固定环20挤压所述弹簧组320将外力传递给所述感应单元330。所述弹簧组320在外力挤压下，设置于所述弹簧组320表面的所述pcb板310表面的所述感应单元330将会产生相应的电阻变化信号，这样所述电路装置40即可根据所述电阻变化信号确定外力的大小以及作用位置。

在一个实施例中，所述pcb板310包括上pcb板311和与所述上pcb板311正对设置的下pcb板312，所述上pcb板311和所述下pcb板312分别设置于所述弹簧组320的上表面、下表面。

在本实施例中，所述上pcb板311和所述下pcb板312分别设置于所述弹簧组320的上表面、下表面。这样可以保证沿轴向向上或向下的作用力作用于所述多个优弧环中的一个所述固定环20时，所述弹簧组320的上下表面均受到所述作用力的作用，从而能够保证对所述沿轴向向上或向下的作用力的大小及位置的测量。进而可以避免当只有所述上pcb板311或者所述下pcb板312时，无法测量沿轴向向上的力或者沿轴向向下的作用力，从而无法组织更好逃离策略和分析破坏力发生位置。

在一个实施例中，所述感应单元330包括半导体应变片331以及与所述半导体应变片331连接的导电圆片332。

在本实施例中，所述感应单元330包括半导体应变片331以及与所述半导体应变片331连接的导电圆片332。所述半导体应变片331为压敏电阻，当所述半导体应变片331受到一定的压力作用时会产生电阻值变化。通过测量每个所述半导体应变片331的电阻值改变量，利用体压阻效应可以计算出每个所述半导体应变片331所受的压力大小，如果检测到某一组半导体应变片的电阻小于其余半导体应变片的电阻大小，则认为该半导体应变片所处位置即为受力点。

请参见附图6，在一个实施例中，所述半导体应变片331与所述导电圆片332之间以三角交错阵列的方式连接。

在本实施例中，所述半导体应变片331与所述导电圆片332之间以三角交错阵列的方式连接，这样可以实现所述导电圆片332的充分利用。优选地，所述感应单元330采用7个导电圆片和11个应变片的六边形结构的感应单元实现电阻值的测量，所述六边形结构的感应单元能够更加灵敏的测出力源位置，如只要所述弹簧组320受到一点力源，所述弹簧组320产生的形变会立刻反应在电阻上。另外，所述六边形结构的所述感应单元330能够尽可能减少所述半导体应变片331的使用，使更多电阻共用应变片，降低所述应激传感系统100的制作成本以及制作复杂度。

在一个实施例中，所述电路装置40包括电流测量结构41、主板42和多个单刀三掷开关43。

在本实施例中，所述电流测量结构41用以检测通过所述半导体应变片331的电流值，再根据已知电压大小可获得所述半导体应变片331的电阻值大小。所述主板42用以根据所述电流测量结构41传来的电流值计算电阻值以及所述半导体应变片331的电阻值改变量，依据压力电阻计算原理直接计算出每一个所述半导体应变片331所受的压力大小，且能够判断压力是否超过阈值，如果压力超过阈值，则驱动电机运转，以使应用所述应激传感系统100的所述机械结构逃离危险。具体地，所述半导体应变片331受力计算原理如下：

其中π为所述半导体应变片331的压阻系数，σ为应变力，e为所述半导体应变片331的弹性模量，μ为泊松系数，ε为所述半导体应变片331的应变。由于弹性模量远大于其它参数，因此可以归纳为：

即所述半导体应变片331的电阻变化率与所述半导体应变片331所受的压力之比为常数，可以通过该线性公式求出不同电阻变化率下的应力值。

所述单刀三掷开关43通过开闭开关策略可以测量全部所述半导体应变片331的电阻值，从而确定受力位置以及受力大小。具体地，当所述半导体应变片331和所述导电圆片332以三角交错阵列的方式连接时，所述多个单刀三掷开关43中的每个单刀三掷开关与每一个所述导电圆片332一一对应。通过所述单刀三掷开关43控制所述导电圆片332接入电源的正、负极或者接地，以确定测量分别接入电源正、负极的两个所述导电圆片332之间的电阻值。

具体地，当所述半导体应变片331和所述导电圆片332之间以六边形结构方式连接时，每个所述单刀三掷开关43与每一个所述导电圆片332一一对应。如附图7所示，每个所述单刀三掷开关43与每一个所述导电圆片332一一对应。第一个单刀三掷开关op1与导电圆片c1电气连接，所第二个单刀三掷开关op2与压阻单元导电圆片c2电气连接，第三个单刀三掷开关op3与导电圆片c3电气连接。依次类推，第七个单刀三掷开关op7与导电圆片c7电气连接。当所述第一个单刀三掷开关op1与a1开关接合，第二个单刀三掷开关op2与b3开关接合，所述第三个单刀三掷开关op3、第四个单刀三掷开关op4、第五个单刀三掷开关op5、第六个单刀三掷开关op6、第七个单刀三掷开关op7单刀分别与c2开关、d2开关、e2开关、f2开关、g2开关结合，那么所述导电圆片c3、所述导电圆片c4、所述导电圆片c5、第所述导电圆片c6、所述导电圆片c7接地，这样即可通过电流测量结构测量出r1电阻。

在一个实施例中，所述应激传感系统100还包括耳式连接件50，所述耳式连接件50与所述固定环20之间通过螺栓连接。

在本实施例中，所述耳式连接件50为键形薄壁件开一键形孔。所述键形孔的宽度与所述优弧环键形孔的宽度一致。这样所述耳式连接件50与所述固定环20之间可以通过螺栓连接。另外，所述固定环键形孔的长度大于所述键形孔的宽度。这样可以增加所述耳式连接件50的灵活性。所述耳式连接件50的左右灵活移动可以保证所述应激传感系统100在小范围内的灵活弯曲能力，从而对所述应激传感系统100以及应用所述应激传感系统的机械结构具有一定的保护作用。

在一个实施例中，所述耳式连接件50交错分布于所述柱体10的两侧。

在本实施例中，所述耳式连接件50用于连接相邻的所述固定环20。所述耳式连接件50交错分布于所述柱体10的两侧，通过交替连接能够以最少的所述耳式连接件50实现所有所述固定环20的链状连接。

在一个实施例中，一种机器人，包括上述任一应激传感系统100。

所述应激传感系统100是通过生物胶水粘连在机器人的传力位置上，优选地，粘连位置为所述机器人的传力装置中受弯易折断的外侧。当在机器人中安装所述应激传感系统100，这样可以帮助所述机器人检测出受力大小及位置，并且驱动机器人逃离危险，这样可以避免机器人收到外力损坏、起到较大的保护作用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述整洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。