触敏机器人抓手的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种可以测量线位移和/或角位移的位移测量单元。位移测量单元可包括位于导电流体中的移动和固定电极。可使用电性测量测定移动电极相对于固定电极的移动距离。位移测量单元可包括活塞和/或柔性壁。位移测量单元可用于触敏机器人抓手。触敏机器人抓手可包括多个物理上串联和/或并联的位移测量单元。触敏机器人抓手可包括处理器和/或存储器，该处理器和/或存储器基于位移测量和/或其他测量识别物体。处理器可根据其特性确定如何操作物体。
【专利说明】触敏机器人抓手 相关申请
[0001] 本专利申请要求2012年3月8日提交的第61/608, 407号、2012年6月5日提交 的第61/655, 949号、2012年7月18日提交的第61/673, 114号、2012年8月15日提交的 第61/683, 324号、2012年10月4日提交的第61/709, 822号和2013年2月20日提交的第 61/767, 130号美国临时专利申请的优先权，并通过引用将其全部包括在内。
【技术领域】
[0002] 本公开涉及可用于机器人和机器人抓手的位移测量单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0003] 图IA和IB为接触式传感器。
[0004] 图2为一排触摸感应单元。
[0005] 图3A-3C为抓手的实施例。
[0006] 图4为控制抓手位置和方向的系统。
[0007] 图5为一个抓取系统，该抓取系统基于从接触式传感器获取的信息控制抓手的闭 合、位置和方向。
[0008] 图6A和6B为接触式传感器的横断面图和侧面图，该接触式传感器具有传感器单 元，该传感器单元具有活塞总成。
[0009] 图6C为具有传感器单元的接触式传感器的横断面图，该传感器单元包括气囊和 活塞总成。
[0010] 图7为接触式传感器的侧面图，该接触式传感器具有多个以并联和串联连接的活 塞传感器单元。
[0011] 图8A和8B为触敏抓取系统的侧面图，该触敏抓取系统具有多个相对的接触式传 感器阵列。
[0012] 图9为校正接触式传感器和抓取物体的方法流程图。
[0013] 图10为传感器阵列的横断面图，该传感器阵列具有多个未被绝缘壁隔离的电极。
[0014] 图11为不带内部绝缘壁的传感器阵列的顶视图。
[0015] 图12A为柔性基底的底视图，该柔性基底用于不带内部绝缘壁的传感器阵列。
[0016] 图12B为不带内部绝缘壁传感器阵列的另一实施例的前透视图。
[0017] 图13为传感器阵列的横断面图。
[0018] 图14为具有控制电路的传感器及不带内部绝缘壁的传感器阵列的示意图。
[0019] 图15为具有控制多路复用器的传感器及不带内部绝缘壁的传感器阵列的示意 图。
[0020] 图16A为具有相对传感器单元的相对介电常数传感器的示意图。
[0021] 图16B为具有相对传感器单元的电阻率传感器的示意图。
[0022] 图17为抓手套组的示意图，该抓手套组具有与位移传感器串联的电动机。
[0023] 图18为快速释放抓取系统的侧视图和旋转接头的剖视图。
[0024] 图19为可能具有旋转接头的快速更换转台的侧视图。
[0025] 图20为带凸轮导承的凸轮驱动机器人抓手的横断面图，该凸轮导承用于操纵抓 取传感器阵列。
[0026] 图21A和21B为当侧传感器阵列板位于平面位置时，机器人抓手的侧透视图。
[0027] 图22A和22B为当侧传感器阵列板垂直于底部传感器阵列板时，机器人抓手的侧 透视图。
[0028] 图23为当侧传感器阵列板位于锐角位置时，机器人抓手的侧透视图。
[0029] 图24A和24B为蒙皮壁板的横断面图，该蒙皮壁板配置为机器人提供动力，如机器 人抓手或类似物。
[0030] 图25为具有多个集成电池的骨架元件的横断面图。
[0031] 图26A和26B为不同类型电池绕组的前透视图。
[0032] 图27A-27C为内部电池部分的横断面图。
[0033] 图28为具有加热元件的电池的前透视图。
[0034] 图29A和29B为旋转液压接头的前透视图和顶透视图。
[0035] 图29C和29D为活塞的前透视图，以及可用于旋转液压接头的后盖的前透视图。
[0036] 图29E-29H为中轴和外轴的横断面图，以及其中装配的旋转液压接头。
[0037] 图30A和30B为附加旋转液压接头实施例的横断面图。
[0038] 图31为被线性液压缸旋转的机械接头的示意图。
[0039] 图32为由多个机械接头耦合多个传感器，以形成机器人手指的示意图。
[0040] 图33A-33C为机器人手指的不同配置的侧透视图，该机器人手指由多个传感器耦 合多个接头而形成。
[0041] 图34为具有多个机器人手指的机器人手的前透视图。
[0042] 图35为可联接至内核的后盖的前透视图。
[0043] 图36为带外止口和内止口的骨架元件的前透视图。
[0044] 图37为三自由度的复合球形接头的示意图。
[0045] 图38包括紧密复合接头的顶透视图、前透视图和侧透视图。
[0046] 图39为包括具有多种自由度的多个接头和多个骨架元件的手臂的示意图。
[0047] 图40是为提供灵活性和平衡性而提供的机器人脚的示意图。
[0048] 图41为使用机器人脚行走的方法流程图。
[0049] 图42为一种机器人完整骨骼系统的示意图。 最样实施例的详细描述
[0050] 在自动化生产中，机器人系统已经变得越来越普遍。有些系统包含所谓的末端效 应抓手。机器人系统包括常常操纵一件物体至指定位置的末端效应抓手。在许多情况下， 适当组装或制造至关重要，以使物体被完全放置在指定位置。然而，已知抓取系统仅在将物 体于一个精确的位置上插入抓手时，才能够准确操纵物体至指定位置。这就要求手动定位 物体并手动使抓手包围物体。手动定位和包围需要额外的时间的劳力。
[0051] 抓取系统可采用多个传感器及一个或多个处理器，以便更深刻地理解被抓取系统 抓住的物体。处理器可包括一种通用装置，比如AWf或其他"现成的"微处理器。处 理器可包括一种专用处理装置，比如ASIC、SoC、SiP、FPGA、PAL、PLA、FPLA、PLD、微控制器或 其他定制的或可编程的装置。在一些实施例中，处理器可由不止一个通用装置和/或专用 装置组成。抓取系统还可包括一个包含指令或数据的存储器。存储器可包括静态RAM、动态 RAM、闪存、ROM、CD-ROM、磁盘、磁带、磁性、光学或其他计算机存储媒体。在一些实施例中，处 理器和/或存储器可控制多个抓取系统和/或接收来自传感器的测量值。可通过电线、有 线或无线网路或其他通讯手段，将抓取系统连接至处理器和存储器。 接触式传感器
[0052] 图IA举例说明了一个单一接触式传感器100,其可用于描述被抓取系统抓住的物 体。传感器由包含固定电极120和可移动电极130的传感单元110组成。传感单元110充 满了导电流体112。导电流体112可在电极120和130之间传递电荷，以防止电极之间的电 位差造成电荷积聚。可有选择地使用介电流体代替导电流体。介质流体和导电流体可以称 为电力运转的流体。将电源140连接至两个电极120和130上，以形成一个通过导电流体 的完整电路。
[0053] 可移动电极130能够改变固定电极120的相对位置。当物体压在接触式传感器上 时，可移动电极130将被推向固定电极120。随着可移动电极位置的改变，电路的电阻和其 他属性也将改变。电阻取决于电极120和130之间的距离。当电极120和130之间的距离 最大时，电路的电阻将达到最大值。对于许多导电流体112而言，距离和电阻之间将呈近似 直线关系。或者或另外，电极之间的电容可随电极之间距离的改变而改变。电性测量装置 150可用于测量随可移动电极130位置改变而改变的电路属性。来自电性测量装置150的 测量值可用于测定电极120和130之间的距离。
[0054] 许多不同类型的电性测量装置150和电路配置都是皆有可能的。在插图实施例 中，电源140是一个恒定电压源，电性测量装置150是所阐述配置中的一个安培计。但是，可 以重新配置接触式传感器100,以获得一个恒流电源并设置一个与传感单元110并联的伏 特计。欧姆计既可用作电源，也可用作测量装置。可将电阻器或其他电路元件与传感单元 110并联或串联放置，这样就可以将安培计与恒流电源一起使用，或伏特计与恒定电压源一 起使用。伏特计可测量穿过串联电阻器的电压降，从而测定传感单元的电性。对于具有变 化电容的电路，可使用电容计测量电容，和/或电容器电压、电容器电流，和/或测得电容器 阻抗。电源可供应直流电或交流电。电源也可在定期抽样间隔期间或占空度小于100%时 应用电力。技术中的这些技巧会识别出其他可能的电路，这样就可以使电性测量装置150 测量灵活、可移动电极的位置变化。电压、电流或电阻的任何测量均可使用欧姆定律V = IR 转换为其他测量。对于较复杂的系统，可能还需要基尔霍夫电路定律完成转换。
[0055] 许多不同种类的导电流体112可能包括混有氯化钠、氯化钙或其他盐的水，当与 水；醋；镓；镓合金；伍德合金；镓铝合金；钠钾合金；及硫酸混合时，就会创造一种电解质。 一般来说，导电流体112可包含任何盐、酸和/或碱。可将无毒防冻剂，如丙二醇或丙三醇， 和/或有毒防冻剂，如乙二醇，添加进水基导电流体中。许多导电流体均有市售，包括：铟泰 公司熔点为7. 6摄氏度的镓合金46L ;瑞特金属公司熔点为-19摄氏度的Gallinstan。这 些金属在高温下会变成液体，并提供高电导率。氯化钾可通过多种市场渠道获得，比如带有 饱和AgCI的科尔帕默KCL 3M。导电流体112的选择取决于成本、安全性和所需精确度。镓 合金和钠钾合金可能会贵些。受热时，钠钾合金遇空气即产生剧烈反应，不过之后会形成一 层抑制进一步反应的氧化涂层。释放出氢气时，镓铝合金遇水即产生强烈反应，且没有任何 抑制活动。此外，导电流体112的选择会影响电源140和电性测量装置150的要求。高导 电流体可能消耗更多的能量，除非使用低电压源140。当使用恒定电流源时，更多电阻液可 能消耗更多的能量。更高的导电流体可能还需要更高灵敏度的电性测量装置150。
[0056] 电极120和130由插图实施例中的平板组成。电线122和132连着平板和电源 140以及电性测量装置150。电极120和130可能是由铜、银、铝或其他任何技术中已知的 导电材料组成。电极120和130的大小将取决于被抓取系统所抓取物体的大小和分布。对 于小而复杂的物体，平板的表面面积大约是1〇 Λ-4平方英寸。
[0057] 图IB更详细地说明了传感单元110的结构。可移动电极130附加在柔性硅墙114 上。传感单元壁116的剩余部分分别由一种热固性或热塑性塑料、一根软线电缆和一个弹 性体组成，例如硅橡胶，或者类似的东西。当可移动电极130被压缩至固定电极120的时 候，固定电极120还包括一个允许导电流体112 (电介质）流入贮液器170的隔板160。当 可移动电极130被压缩的时候，压力控制器180可能允许导电流体112进入贮液器170。当 可移动电极130不再被压缩的时候，压力控制器180迫使导电流体112返回感应室118。为 防止可移动电极的压缩改变导电流体的电特性，导电流体112可能是不可压缩的。
[0058] 在本实施例中，压力控制器180可能由一个金属板182和一个机械弹簧184组成， 根据胡克定律，后者给金属板182加压。硅层186可能粘在金属板182上。或者，在没有金 属板182的时候，金属层186可以充当一个金属弹簧。娃层186可能密封I&液器170的后 端，以防止导电流体112的可能泄漏或者丢失。在其他实施例中，液压或者气动弹簧可能用 来代替机械弹簧184。机械弹簧可能是一个简单的弹性体弹簧效应，或者由压力调节器等 类似的东西控制的流体流动。压力控制器180也可能由一个压力测试装置和/或压力调节 装置组成，这个装置测定导电流体112的压力。压力测试装置可以测试金属板182和/或 硅层186的运动，或者它还可以使用技术中已知的方法来测定导电流体112的压力。压力 控制器180可能包含一个压阻压力传感器（图中没有显示），后者与金属板182、硅层186、 和/或柔性壁114相接触。压阻压力传感器可能附加在金属板182上，与硅层186相接触。 压阻压力传感器可以用来测量单元上的剪力。在一些实施例中，通过测量液压系统的内联 压力可以得出压力结果。
[0059] 在其他实施例中，除硅以外的材料也可以用来制造柔性壁114。柔性壁要符合正被 抓取物体的结构，且可能是绝缘的。相匹配的材料包括乳胶、塑料、天然和人工合成橡胶以 及硅酮。因为柔性壁114将会被用来抓取物体，用来制造它的材料可能要有高摩擦系数，以 便更好抓取物体。在一些实施例中，可移动电极130要有良好的伸缩性。在那些实施例当 中，可移动电极可能包括导电聚合物，例如导电或掺杂硅或氟硅橡胶。或者，在金属电极足 够薄，有良好的收缩性，或者它的表面面积足够小，能够和被抓取物体的表面轮廓相符的时 候才会被使用。 传感器阵列
[0060] 图2阐明了传感单元阵列200。它可以用来测量一个物体的不同区域，这个物体压 迫着个体传感单元210a、b、c、d。每一个传感单元210a、b、c、d和它的电性测量装置250a、 b、c、d相连接。当一个物体接触列举的阵列200时，它将会产生这个物体的二维测量组。 阵列200可以探测这个物体和这个物体不同组成部分的长度和深度。通过在阵列200 (进 入图片中或者在图片之外）的顶部或下面堆积的附加传感单元，会创造一个阵列，这将创 造物体的一个三维测量组。在这个结构中，可以探测到物体和组成物体的不同部分的宽度。 是使用阵列传感两维还是三维将取决于抓手的应用。同样的，阵列是包含少数的传感器还 是大量的传感器取决于传感需求。
[0061] 每个传感单元210a、b、c、d均由隔板260a、b、c、d和液器270a、b、c、d组成。 如本实施例所示，固定电极220a、b、c、d可能和隔板260a、b、c、d是分离的。可移动电极 230a、b、c、d可附加在柔性壁214上。在本实施例中，传感单元210a、b、c、d由热固性或热 塑性或弹性壁216隔开，相互分离。在其他实施例中，导电流体112可以在贮液器270a、b、 c、d之间流动，或者所有单元210a、b、c、d均可共享一个常用的贮液器。此外，实施例可能 有未被热固性或热塑性壁216分开的感应室218a、b、c、d。然而，这可能在不同传感单元 210a、b、c、d内的可移动电极230a、b、c、d和固定电极220a、b、c、d之间产生交叉导电性。 在一些实施例中，单板可由固定电极220a、b、c、d组成，或固定电极220a、b、c、d可能相互 之间电力耦合。在这些实施例中，可以将电性测量装置250a、b、c、d和电路配置成测量单 一可移动电极230a、b、c、d的电性。举例来说，可以将安培计放置在电源240和可移动电 极230a、b、c、d之间，而非固定电极220a、b、c、d和电源240之间。 抓手
[0062] 图3A、3B和3C举例说明了可能包括传感器阵列200的抓手的各种各样的实施例。 抓手可以有两个310、三个320或四个330抓取部件。技术中这些技巧会识别出如何使抓手 包含有四个以上的抓取部件。在一些实施例中，根据抓手的功能，可以将传感器阵列200放 置在先前存在的抓取部件的内部、外部或内外部两边上。对于那些打算抓取物体外部的抓 手，可以将传感器阵列200放置在抓取部件的内部上。对于那些打算从内部抓取物体的抓 手，例如，从内部抓取一个容器或瓶子，可以将传感器阵列200放置在抓取部件的外部上。 在其他实施例中，抓取部件完全由带有定义抓取部件形状和结构的柔性壁214和热固性或 热塑性壁216的传感器阵列200构成。可移动电极230a、b、c、d位于抓取部件的一边，这 是为了接触到被抓取的物体。对于在两边接触物体的抓取部件，传感单元210a、b、c、d可 面向两个方向。在其他实施例中，单一传感单兀可能有一个在其各边均有可移动电极的固 定电极。
[0063] 对于有两个抓取部件310的抓手来说，半圆柱形抓取部件312和314可以提供更 多与正被抓取物体的接触面积。在其他实施例中，这两个抓取部件可以每个都是扁平的，也 可以一个是扁平的，另一个是半圆柱形的，或者他们两个均为使与正被抓取物体的接触面 积最大化的任何其他形状。形状取决于待抓取的特定物体。可以这样配置具有三个抓取部 件320的抓手，以使抓取部件322、324、326均为扁平的且近似于形成三角形的各边。三角 形可以是等边三角形、等腰三角形或钝角三角形。对于任何一个三角形，在抓取部件之间形 成的角中，至少要有两个为锐角。根据待抓取的物体，抓取部件322、324、326还可以是除了 扁平外的任何形状。同样地，具有四个抓取部件330的抓手可能有近似于形成正方形各边 的扁平抓取部件332、334、336、338。然而，抓取部件330还可能形成其他四边形，并且可能 有除了扁平外的其他形状的抓取部件332、334、336、338。技术中这些技巧会识别出包括三 维形状的其他形状，例如半球，这大约是由所给定数量的抓取部件配置形成。抓取部件的上 述任何实施例，无论是圆形、三角形或正方形，均可拥有一个或多个额外的部件（未显示）， 其可以相对于抓取部件的运动作垂直移动。这些额外的部件之后可能在正方形、三角形或 圆形的内部移动，以从第三个轴测量物体的尺寸，以便创建一个更完整的正被抓取物体的 三维剖面。额外的部件会分别进入到如图3A、3B和3C所示两个部件312和314之间、三个 部件322、324、326之间或四个部件332、334、336、338之间。
[0064] 抓取部件312和314被设计成彼此相对移动，以便其可以抓取物体。当抓取部件 312和314彼此之间最接近时或抓取物体时，抓取部件310可被描述成封闭的。当抓取部件 312和314彼此之间最远时，抓取部件310可被描述成打开的。控制抓取部件312和314位 置的制动器可打开并关闭抓取部件310。还有，定位销杆和导销可控制抓取部件312和314 的路径，以确保他们正确对齐。当需要非常精确的定位时，可使用高精度导销。制动器运动 可使用气动、液压或电动马达或技术中已知的其他方式完成。电动机和导螺杆可用于产生 抓取部件312和314的线性驱动。
[0065] 另外，抓手可由改变抓手在三维空间中线性位置的制动器控制。额外的制动器还 可以使抓手沿一条或多条轴旋转。这些制动器可以准确控制抓手和正被抓取物体的运动， 以允许自动化抓手用于高精度装配、制造、插入、生产、外科手术、测量或其他已知用途。 抓取系统
[0066] 图4举例说明了系统400,其用于在至少一个抓手410已接近物体之后，操作一个 或多个抓手410和440。尽管本实施例中显示了两个抓手410和440,第二个抓手440可由 技术中已知的其他工具取而代之，如钻、铣、粉末涂敷、装配或其他操作工具。在本实施例 中，抓取物体的抓手410可沿X和Z轴移动。制动器420和430(例如，伺服器）可使用导 螺杆422和432来控制抓手410沿这些轴移动。
[0067] 第二个抓手440只能沿Y轴移动，且可由制动器450和导螺杆452控制。另一个 制动器（未显示）也可绕Y轴旋转第二个抓手440。这可使被第一个抓手410抓住的物体 拧入被第二个抓手440抓住的物体。在所述实施例中，纵然各个抓手410和440仅限于沿 一些轴移动，但是抓手410和440可沿所有轴彼此相对移动。由此，系统400能够纠正沿X、 Y或Z轴的位置的偏移量。在其他实施例中，各个抓手410和440均可沿所有轴移动并绕 所有轴旋转。在一些实施例中，第二个抓手440是一个常规抓手，第一个抓手410是一个触 摸灵敏式抓手。可使用其他"现成的"机器人系统，控制带有4至6个操纵轴的抓手。典型 "现成的"系统包括库卡集团的KR系列，或者操纵器，如发那科机器人技术工业机器人，可被 纳入抓手驱动中。机器人系统，如发那科M-liA，可能把单个抓手的移动并入三个x-y-z轴 发动机控制系统中。替代控制方案可使用单一的液压发动机来控制三个液压接头。
[0068] 图5举例说明了触敏机器人抓取系统500,其中处理器510用来控制系统。抓取系 统500可能是完整机器人系统（未显示）的一个组件，其可能包括视觉系统、接近性检测、 安全关闭、计算机集成、可编程逻辑控制器（PLCs)、激光探测和测距、计算机地理建模和/ 或机器人臂。完整的机器人系统可能是自动的、半自动的或操作员控制的。在所阐述的实施 例中，液压系统520由带有电线516的处理器510控制。液压系统520可用于打开或关闭 抓手410和440、集中或个别调节贮液器270上的压力、调节压力控制阀并控制方向流体阀。 可使用脉冲宽度调制调节压力和流体控制阀。可将电性测量值和压力测量值从抓手410和 440处，越过电线511和514,发送至处理器510。处理器510还可通过使用电线512、513、 515,控制制动器420、430、450,这就可以使处理器510修改抓手410和440的位置。或者， 制动器420、430、450可以是线性或光线状的液压制动器，且电线512、513、515可以控制压 力和流体方向阀。在其他实施例中，处理器510可以控制组件，并可以无线或通过其他已知 的通讯方法，接收测量值。
[0069] 处理器510可接收关于物体的抽样和量化测量数据，该数据从各个抓取部件410、 440中的电性测量装置250a、b、c、d和压力测量装置获取。各个抓取部件410、440中的剪切 传感器（未显示）和温度传感器（未显示）可将测量值发送给处理器510。处理器510可 将此抽样数据转换为待抓取物体的地理模型。处理器510可将此模型与存储器中存储的物 体图作对比。通过将存储在存储器中地理图形和/或蓝图与测量尺寸和/或抓取物体电脑 生成的地理图形作对比，可识别物体。在一个实施例中，一个或多个神经网络可进行对比。 物体的地理图形可与可能对这些图形进行的操作一起存储。可通过诸如AutoCAD之类的设 计程序，将物体与存储在存储器中的二维和/或三维图片和/或显示进行对比。然后，基于 此信息，处理器510决定如何使用制动器420、430、450正确操作物体。
[0070] 将原始测量数据转移到处理器510之前可将其抽样并量化。抽样率取决于抓取系 统500用于什么。当物体以重要方式被抓取时，原始测量数据可被每秒成千上万次抽样。然 而，如果仅需一次即可确定方向，对于每个被抓取的物体，处理器510可能仅每秒抽样几次 或一次。处理器510操作抽样数据的时间也确定原始测量数据多久抽样一次。当处理器完 成上一次计算并准备好进行另一个计算时，处理器才抽样测量数据。在一些实施例中，抓取 一个物体可能导致一个或多个移动电极230与固定电极220倾斜成一个角度。因此，电极 220和230的测量距离可能随着电极230的倾斜而增加。在倾斜可能使处理器能够检测并 校正倾斜误差的实施例和/或配置中，可能需要较高抽样率。在一些实施例中，压力测量数 据和电性测量数据可以用不同比率抽样。
[0071] 每个抽样的位数（量化）也将取决于抓手系统的应用。对于可能有大幅度测量波 动的较精密测量或系统，可能需要32、64或更高位数的样本。量化率也可能受限于测量装 置250的敏感性。对于敏感度较低的测量装置，使用高于16位或8位的每个样本作用较小 或没有作用。在一些实施例中，测量装置250在测量过程中可能进行抽样和量化。在其他 实施例中，处理器510或另一个组件进行抽样和量化。抽样和量化的测量数据可存储在存 储器中。
[0072] 为将抽样测量数据转换为物体的地理模型，处理器510首先将测量数据校正为位 移。在一些实施例中,通过将移动电极230移动到已知距离，抽样的电性测量值（例如，电 压、电容、电流、电阻、阻抗等）可转换为位移测量值，这样处理器可以确定该距离的电性测 量值。通过穿过一系列由已知增量分开的位移（例如，由等距增量分开），测量电性，可得到 数据点集。处理器可为整个检测到的校正值集生成一个线性拟合，或者它可为每对检测值 生成一个线性内插。在其他实施例中，可使用非线性功能来拟合检测到的校正值或在检测 到的值中间插入。离散数据点集、数据点的拟合，和/或数据点的一个或多个插入可被称为 位移曲线的电性测量。或者，为校正抓手，抓手可慢慢握紧扁平物体或与抓取部件类似形状 的物体。使用从此过程中获取的信息，处理器510可将电性测量值映射为任意单位的直线 距离比例，和/或生成距离与电压的比例。每个测量值可映射为一个离散值。处理器510 量化电性测量值所使用的步数取决于距离和测量增量。可选择最小离散增量（例如，最小 步数）相当于理想位移测量分辨率。例如，为测量精确度为.001英寸的.750英寸的距离， 处理器510可将电压范围细分为750个量化步数，每一步对应.OOl英寸增量。处理器510 可单独校正各个传感器单元210,或者处理器510可为所有传感器单元210使用平均校正。 在一些实施例中，温度传感器允许处理器510进一步校正导电流体112的温度。为确定流 体温度，温度传感器可接触移动电极、固定电极、小室、靠近接触面的小室一部分、流体线和 /或储液罐。电性测量与位移的曲线可将温度作为输入，输出温度修正的位移。或者，此外， 根据校正温度的温度变化，处理器510可构造成为电性测量与位移曲线做预先修正，和/或 校准可包括为不同温度确定多个电性测量与位移曲线。温度测量值可用于调整电性测量与 位移曲线的电性测量值输入，和/或调整从电性测量与位移曲线中计算的位移。
[0073] 待抓取物体图形可存储在处理器510可进入的存储器中。图形可由AutoCAD设计 程序创建。物体可以以多种方式在存储器存储。测量值或其他关于物体大小和形状的数 据，可由用户或其他计算机系统直接输入到存储器中。或者，每次将物体设置在不同预先确 定的方向，抓手410可手动接近物体一次或多次。进一步，如果抓手410和/或压力控制器 180以液压或气动方式控制，可手动调节抓手410发出的压力和/或导电流体112的压力。 根据传感器阵列200的测量值，处理器510生成物体的图形。图形被处理器510存储在存 储器中。
[0074] -旦处理器510已被校准，并且图形和/或形状已被存储在存储器中，抓取系统 500可开始操作物体。物体可被振动漏斗机、传送带或其他技术内已知的方法供应给抓手 410。光学、视觉和/或声系统可检测待抓取物体的位置。物体也或者相反触发一个微型开 关，就物体的存在向抓取系统500发出信号。处理器510然后将抓手410移动到物体的预期 位置，并尝试抓取物体。一旦抓手在恰当位置，处理器510使抓手410接近物体。如果物体 易碎或仅有限压力应施加于物体，处理器510会监控压力测量值和/或电性测量值，以确定 在什么范围抓手410接近物体。在一些实施例中，处理器510也监控从个体传感单元接收的 电性测量数据。如果电极220、230靠太近或接触，传感单元可消耗过多电流，并损害或耗尽 电源240。如果任何传感单元210的电极220、230靠太近，处理器会停止靠近抓手410。在 其他实施例中，电路可设计为防止电流过度消耗，或者多孔绝缘材料可放置在传感单元210 中，该多孔绝缘材料允许导电流体112流动，但防止电极220、230接触。
[0075] 当物体被抓取的时候，它的定位与定向并不被知晓。然后处理器510使用来自于 电性测量装置的数据创造出物体的地理模型。在一些实施例当中，当物体被抓取的时候，处 理器510可以创造出物体的几个地理模型。在其他实施例中，当抓手410不再接近物体的 时候，处理器510只能创造出物体的一个单个地理模型。通过将抽样数据转换成位于物体 宽薄部分之间的位移、检测边缘和边界，处理器510可以制造地理模型，将抽样数据直接转 换成阵列，或者使用其他任何未知的方法描述物体。处理器510所创造的地理模型的类型 取决于储存器中保留的图表类型。地理模型或许可以这样定义，它简化了与储存器中保留 附图的对比。
[0076] 可以用不同的方法将存储器中的附图同处理器510创造的物体地理模型相比较， 以此决定物体的定位与定向。如果模型包括边缘和边界，处理器510就会试图按照图表特 征来排列这些边缘和边界。例如，处理器510试图将这些距离与附图中期望的或测量的距 离相匹配。为了找到匹配，处理器510试图将地理模型和附图之间的平均平方误差最小化； 其试图将地理模型中任何点和图表中相应的点之间的最大误差最小化；其可以使用最小化 误差技术当中任何其它已知方法。在一些实施例中，如果误差不能被减小到一个特定的临 界值或者置信水平，处理器510将确定没有找到匹配。如果没有找到匹配，处理器510将试 图放下物体，重新抓取，或者向操作员发送信号。
[0077] 如果发现了一个匹配模型和附图的方法，处理器510就会确定操作方法，这个操 作方法用来匹配地理模型和储存器当中保留的期望的定位与定向。在一些实施例当中，附 图包括期望的定位与定向。在其他实施例中，期望的定位与定向被分开存储。物体可能不 在抓手中心，因此处理器510需要补偿物体的偏移。物体也可以沿着相对于附图的一条或 者多条轴线旋转。处理器510也可以使用制动器420、430和450旋转抓手410和440、横向 移动抓手410和440,直到物体处于合适的位置。
[0078] 在一些实施例中，触敏抓手将物体放置于一个常规的抓手中，这需要将物体精准 地放置。在其他实施例中，如果按照抓手410和440功能的一部分，将物体移动，在它们的正 常运转当中可能发生改正。在另外一些实施例中，相对于通过抓手410、440和制动器420、 430和450的手动运动，产生的物体的合适定位与定向以及物体的合适运动，处理器510也 要相应运动。处理器510将这些信息保存到储存期当中。在其中一些实施例中，处理器510 将会完全遵守指定的运动数。在其他实施例中，处理器510将会按照指示保存一个或者多 个定位与定向，它使用最有效的运动接近于定位与定向。仍旧在一些其他实施例中，一旦处 理器510到达一个期望的定位与定向，它就会进行一项活动，例如，拧紧一个螺栓，或者锯 切运动中的一个动作。一旦活动完成，处理器510就会重复运动。每次重复就是一个循环。 处理器510已经设定了程序，将会进行预设好的循环次数。
[0079] 几种不同类型的物体的附图可一次被储存在存储器中。针对存储器中的所有附 图，处理器510试图匹配正在被抓取的物体。根据检测到的物体，处理器510按照程序使用 存储器中的电脑代码来进行不同的功能。处理器510按照指示将不同抓手410和440中的 不同物体聚集到一起。在一个实施例中，基于探测到的物体种类，处理器510将物体分在不 同的位置。在其他实施例中，处理器510被设计成通过同一物体的一系列不同的任务进行 循环。在制造背景下，抓手410和440有多样的定位件来插入螺栓和/或制造、焊接、和/ 或装备部件。在最初的位置再次开始之前，处理器510会指示抓手410和440在各位置插 入螺栓或者进行另外一次制造过程。通过使抓手410和440抓取多个物体并释放与期望物 体不相匹配的物体，处理器510试图找到一个正确的部分。在释放一个错误物体之后，处理 器510可以任意地或系统地移动抓手410和440,并试图找到一个新物体。普通传感器，如 压阻的、电容性的、近距离的、感应的、光学的、红外线的、超声波的、激光的、或者默克尔触 觉单元等，可以帮助传感物体和/或制造过程。附加的传感器有可能位于抓手上，也有可能 不在抓手上。 包括活塞的传感器单元
[0080] 图6A和6B为接触式传感器600a的横断面图和侧面图，其包含一个使用活塞总成 的传感器单元610a。活塞总成包括一个活塞杆691a，它附加在活塞690a和触头695a上， 后者接触相关的物体。传感器单元包含两个小室：一个活塞扩展室692a和一个活塞收缩室 694a。在所述实施例中，每个小室692a和694a包括一个导电流体612a，通过一个或者多 个贮液器（未显示）和泵（未显示），612a可以被添加到小室692a和694a中或者从小室 692a和694a中移除。或者，可以使用介电流体。通过添加或者移除液体，泵（未显示）可 扩展或收缩活塞690a。在其他实施例中，一个小室包含一种流体，同时其他的没有，和/或 只有一个泵，和/或一个双向阀没有被使用。一个正位移泵可以被用来增加运动的准确性。 在单个和/或多个液压泵中，正位移泵可以移动固定数量且对应于活塞线性位移的流体。
[0081] 在传感单元610a和可移动电极630a的近端，传感单元610a还进一步包括一个固 定电极620a组成。可移动电极630a可能附加在活塞690a上。该配置允许电极620a、630a 测量在扩展或收缩过程中活塞690a的移动距离。在所述实施例中，电极620a、630a处于扩 展室692a中，但在其他实施例中，它们也可能或被放置于收缩室694a中。电极620a、630a 或许被单独嵌在后盖和活塞中，以防止从电极的铅丝中泄露。
[0082] 所述电极620a、630a为平板。电极620a、630a可由导电材料组成，如铜、银、金、 铝、氯化银、钨、钽、钶、钛、钥、镓、导电油墨诸如此类。导电流体612a可包含溶于水的盐，如 氯化钠、氯化钙、氯化钾等等；醋；镓；伍德合金；镓合金，如镓铝合金或共熔镓铟合金；钠钾 合金；或硫酸。可将无毒防冻剂，如丙二醇或丙三醇，和/或有毒防冻剂，如乙二醇，添加进 水基导电流体中。导电流体612a也可包含与电极620a、630a类似的材料，以防止浸出。例 如，如果电极620a、630a为银或氯化银电极，导电流体612a可为氯化银饱和氯化钾。一些 腐蚀性较强的导电流体612a，如镓-铟合金或其他液态金属，可溶解大多数金属。在这些实 施例中，电极620a、630a可包含抗腐蚀能力较强的材料，如钨或钽，或抗腐蚀材料，如钶、钛 或钥。在一些实施例中，不含电极620a、630a的小室692a、694a中的液体将为非导电性的。 在其他实施例中，小室692a、694a将共享包含导电流体612a的共用贮液器。如以前，电极 620a、630a可由交流电或直流电供电。
[0083] 墙616a、活塞690a和活塞杆691a可由绝缘材料制成，如聚碳酸酯、其他硬聚合物 等等。在一些实施例中，壁61 6a可为导电材料，如钛、钢、铝等等，导电材料覆盖一层绝缘材 料或绝缘材料套管，使它们与电极620a、630a绝缘。因为当暴露于紫外光（UV)或其他特定 光频时，像氯化银之类的材料分解，壁616a可包含能够阻拦紫外光或其他特定光频的光的 材料。对于腐蚀性导电流体612a，壁616a可选择抗腐蚀的聚合物或金属。
[0084] 此外，壁616a可选择能够抵抗外界元件损害的材料。这使得传感器单元610a能 够接触危险材料。传感器单元610a甚至可插入充油油缸，如在施工设备行业中的推土机 等。根据所选应用，传感器单元610a的大小可小至纳米制造的传感器单元，大至数米长、数 米宽或更大。
[0085] 在所述实施例中，电线622a、632a结合到电极620a、630a上，电线632a经过收缩 室694a穿过传感器单元600a远端。在其他实施例中，电线632a穿过扩展室692a和传感 器单兀600a的末端。在活塞690a、活塞杆691a和壁616a -部分具有传导性的实施例中， 这些元件可充当电线632a的一部分。移动电极630a的电线632a可穿过活塞690a的中心 形成外接。
[0086] 电线622a、632a可由电源（未显示）供电，并像接触式传感器100-样连接到电 性测量装置（未显示）。电性测量装置测量活塞690a延伸对应的电特性，该电性测量装置 可包含分流器、惠斯通电桥等等。接触式传感器600a可包含附加测量装置，如压阻式压力 传感器（未显示）和/或聚偏二氟乙烯（PVDF)膜传感器（未显示）。压阻式压力传感器 可放置在小室692a、694a中的一个或两个，或放置在贮液器中，测定导电流体612a的压力。 PVDF膜传感器可粘到触头695a上。PVDF膜传感器可用来测量目标物体的接触或物体振 动，如当物体相对触头695a切线移动时。PVDF膜传感器也可用作剪切传感器，检测与触头 695a相切的物体的运动。共同接触面可为多个传感器单元600a共享的连续薄片。例如，共 同接触面可包含覆盖多个传感器单元600a的外壳，以防止污染物进入单元600a之间。因 此，PVDF膜传感器，如剪切传感器，可为接触面总接触面积的一小部分。
[0087] 接触式传感器600a可被处理器（未显示）和/或存储在存储器中的计算机软件 (未显示）控制。处理器也可连接到输出装置（未显示），如数字读出、监视器、扬声器、打 印机等等，和输入装置（未显示），如鼠标、键盘、触摸屏、麦克风等，使操作员可以控制接触 式传感器600a。或者，计算机软件可配置成自主控制接触式传感器600a的运动。处理器可 控制泵（未显示）增加或移动流体612a到扩展和/或收缩室692a、694a。泵可为容积式泵 配置为收集固定体积流体，并从出口排出固定体积。容积式泵可使活塞690a以固定和/或 可测量增量移动。泵可包含塑料和/或非导电材料，使泵与导电流体612a绝缘。
[0088] 图6C为具有气囊618b和活塞总成的接触式传感器600b的横断面图。像不带气囊 的接触式传感器600a -样，接触式传感器600b可包括固定和移动电极620b、630b ;扩展和 收缩室692b、694b ;活塞杆691b、活塞头690b和触头695b ;导电流体612b ;和单元壁616b。 单元壁616b可限定圆柱形的腔。电线（未显示）可插入注塑成型的单元壁616b、活塞头 690b和/或活塞杆691b。
[0089] 气囊618b可围绕扩展室692b，防止导电流体612b泄露。收缩室694b可包含气 体而不是液体。在一个实施例中，扩展和/或收缩室692b、694b可各包括气囊618b和/或 波纹管。或者，单个气囊和/或波纹管可围绕扩展和收缩室692b、694b，并附接到活塞690b 的两侧。如果不包括气囊和/或波纹管，较小的传感器单元尤其易于泄露。气囊618b和/ 或波纹管可为绝缘套管，使单元壁616b与导电流体612b绝缘。气囊618b和/或波纹管可 包含医用橡胶。气囊618b和/或波纹管可配置成在活塞690b附近自身内折，和/或被压 缩时卷起。气囊618b可完全密封流体612b，无需使用0型环，并在正常情况下消除泄露的 可能性。
[0090] 有很多方式可使移动电极相对于固定电极移动，同时改变分离它们的电力运转流 体的体积。带活塞的传感器单元610a和不带活塞的传感器单元110为不受限制的典型实 施例。这些实施例的变式和/或尚不明确的实施例也考虑在内。例如，固定电极可粘到活 塞上，移动电极可粘到配置成与物体相互作用的外壳上。 具有并联和串联传感器单元的传感器阵列
[0091] 图7为接触式传感器700的侧面图，该接触式传感器具有多个以并联和串联连接 的传感器单元层710、720、730、740。一些所述的传感器单元层710、720、730包含活塞（未 显示），并以传感器单元610a的方式运转。其他传感器单元层740可包含带柔性壁的传感 器单元阵列，如传感器单元110和200。在另一实施例中，仅传感器单元110,仅传感器单 元610,或两者的不同组合可代替使用。第一传感器单元710被安排在传感器700的近端， 它是多个传感器单元710、720、730、740中最大的一个。在所述实施例中，最大的传感器为 1英寸Xl英寸。在其他实施例中，根据特定应用，它可更大或更小。多个中等传感器单元 720可与最大传感器单元710串联；多个小型传感器单元730可与中等传感器单元720串 联；多个接触式传感器单元740最后一层可与小型传感器单元730串联。接触式传感器单 元740最后一层可配置为抓取、接触和/或与物体相互作用。最终、小型和中型传感器单元 740、730、720可分别被布置在小型传感器单元730、重型传感器单元720和最大传感器单元 710的触头上。其中一个在最后一层的传感器单元740可考虑与在前层的任何传感器单元 710、720、730机械串联，该前层传感器单元可调节在最后一层的传感器单元的位置。如果任 何一个移动不会影响另一个的位置，和/或如果传感器单元710、720、730、740在同一层，传 感器单元710、720、730、740可考虑物理并联。
[0092] 在所阐述的实施例中，每个中型传感器单元720,均有9个小型传感器单元730 ;每 个大型传感器单元710,均有9个中型传感器单元720,这就给了各个级别传感器单元之间 9比1的比例。结果就是，中型传感器单元720可能大约为3英寸X3英寸，小型传感器单 元730可能大约为1英寸Xl英寸。在其他实施例中，比例可能大于或小于9比1，或者大 型对中型比例可能与中型对小型比例不同。最终的传感器单元740与小型传感器单元730 可能有一比一的比例。在其他实施例中，该比例可能较大，也可能较小。如所阐述实施例中 看到的那样，从一层到下一层传感器单元的比例可能因层各异。或者，所有层的比例是不变 的。尽管举例说明了四层成串联的传感器单元710、720、730、740，在其他实施例中，可能会 用更多或更少数量的串联层。对于传感器单元的接触头715、725、735、745，还有许多可能的 形状，比如正方形、圆形、三角形、六角形或诸如此类。通过堆叠活塞传感器单元710、720、 730,可以减少各个传感器单元710、720、730中活塞的行程长度。例如，最大型传感器单元 710可能有.5英寸的行程长度；中型传感器单元720每个都可能有.25英寸的行程长度， 且最小型传感器单元730每个都可能有.125英寸的行程长度。这就使得不需要最小型传 感器730有大的行程长度，就可以有总长.875英寸的行程长度。在所阐述的实施例中，三 层710、720、730的总长度为2英寸。
[0093] 大量的传感器单元710、720、730、740可能导致用于测量和控制各个传感器单元 的相当数量的电线（未显示）和相当数量的电性测量装置（未显示）。可通过同时多路传 输来自传感器单元710、720、730、740的电线上的信号，减少电线和电性测量装置的数量。 可以以固定的顺序时分多路复用信号，或者处理器可以控制多路传输。可使用集成电路或 通过机械手段，完成多路传输。对于集成电路，可将芯片放置在各层活塞传感器单元710、 720、730的基片718、728、738上。接触传感器单元740的最后一层可包括接触传感器单 元740内部用于多路传输的集成电路。在一些实施例中，仅多路复用一些层或传感器单元 710、720、730、740。多路复用器之前或之后，可用一个或多个放大器创建更高的精度并减少 噪音。放大器对于低电阻导电液体也是必要的，比如镓合金。此外，在从测量线将信号多路 传输至样品之前或之后，可使用一个或多个模拟变数字转换器（ADC)并量化信号。可在各 种实施例中使用模拟或数字化多路分解，使信号分离。接触式传感器700可以是一种模块 化设计，其可按长度和/或高度堆叠。可将接触式传感器700附加在任何配置内抓手钳或 手指上，使得灵活的设计能够抓住各种尺寸和形状的物体。接触式传感器700可以用最后 传感器层740上的单独柔性外皮设计。可将多个接触式传感器700作为完整的单元堆叠在 一起，各个模块均有覆盖最后传感器层740的单独外皮。接触式传感器700可用薄壁设计， 并可紧密堆叠，以防止污染物进入模块之间，并减少不测量物体地理的面积。分离个别单元 的总厚度可以为.020英寸或更少，包括壁在内。
[0094] 图8A和8B为触敏抓取系统800a和800b的侧面图，该触敏抓取系统具有多个相 对的接触式传感器阵列。触敏抓取系统阵列800a和800b可用于抓取物体860。像接触式 传感器阵列700 -样，各个接触式传感器阵列810、820、830、840、850均可由第一层811、 821、 831、841、851 ;第二层 812、822、832、842、852 ;第三层 813、823、833、843、853 ;和第四层 814、 824、834、844、854构成。最后接触层（未显示）也可加入某些实施例中。各个接触式 传感器阵列810、820、830、840、850内的最后触体均可能由单一绝缘壁和/或外皮物理连接 在一起，或者最后触体可能分成各部分，与任何第一层811、821、831、841、851 ;第二层812、 822、 832、842、852 ;第三层 813、823、833、843、853 ;和第四层 814、824、834、844、854，或最后 一层的横截面积相对应。绝缘壁和/或外皮可由硅橡胶或类似物构成。单一绝缘壁和/或 外皮可以增加扩展的活塞的稳定性，和/或防止污染物进入传感器单元之间。
[0095] 在一些接触式传感器阵列810、820、850中，第一层811、821、851可以由多个传感 器单元构成。在所阐述的实施例中，第一及第二接触式传感器阵列810、820与第四及第五 接触式传感器阵列840、850直接相对。第三接触式传感器阵列830可以与第一及第二传感 器阵列810、820相垂直的。第四及第五传感器阵列840、850可以与第一及第二传感器阵列 810、820,以及第三传感器阵列830相垂直。抓取阵列800a内的传感器810、820、830可以位 于二维平面内。在抓取阵列800b中，五个传感器阵列810、820、830、840、850可占据一个三 维空间。在其他实施例中，可能有更多或更少数量的传感器阵列810、820、830、840、850在 一维、二维或三维空间内。例如，也许有两个、四个或六个接触式传感器阵列和/或模块相 对垂直和/或相互对立。接触式传感器阵列810、820、830、840、850还可以互相成60°角， 并形成三角形。所阐述的实施例被配置成从外部抓取物体，但是其他实施例可以被配置成 从内部抓取物体。
[0096] 图9为校准触敏抓取系统800a和抓取物体860的方法900的流程图。类似的方 法可用于抓取系统800b。在抓取物体860之前，可通过全收缩902各个传感器单元内的活 塞（未显示）至最小扩展位置，校准触敏抓取系统800a。最小扩展位置可与机械停止、贮液 器的注液限制、活塞的全扩展或收缩和/或电极接触相一致。接下来，各层811、812、813、 821、822、823、831、832、833内的传感器单元可扩展904,直至传感器阵列810、820、830的接 触表面815、825、835相互接触。这是传感器阵列810、820、830的最大扩展位置，其可以由 接触压力调节。在一些实施例中，扩展可在收缩之前进行。可通过绘图906所测量最小和 最大扩展位置-位移，校准接触式传感器800a。校准可包括测定所测量位移曲线的电性，t匕 如电压-距离曲线。传感器阵列810、820、830、840、850内各个传感器，均可创建电压-距 离曲线和/或电压-距离的数字校准。在一些实施例中，能够测量最大和最小扩展位置之 间的位移，并将其输入处理器（未显示）中，以正被测量的位移定义物理计量单位。在其他 实施例中，正被测量的位移可表示为最小和最大扩展位置之间位移的分数或百分比。位移 可以相对于最大扩展位置和/或相对于最小扩展位置来表示。
[0097] 一旦抓取系统800a被校准，它可以用来抓取物体860。通过将908收缩至最小的 扩展位置，在传感器阵列 810、820 和 830 的 811、812、813、821、822、823、831、832 和 833 层 的传感器单元开始了。只有当物体860被接触面815、825和835接触或者每一个活塞到达 最大扩展位置时，在第一层的811、821和831里的每一个活塞才会被扩展至910,而接触面 815、 825和835与第一层的811、821和831相串联。在一些实施例中，首次接触完成后，每 一个活塞都要继续扩展，直到每一个传感器单元811、821和831被压力传感器测量到预定 的最大压力时，活塞才会停止扩展。在其它实施例中，只有每一层的传感器单元可能具有压 力传感器，直到与活塞相串联的传感器单元的压力传感器到达预定的临界值，活塞才会被 扩展。多个传感器单元被连接在一个单个的调压器上和/或液压泵上，当调压器和/或泵 探测到内联压力时，扩展就会受到限制。通过被一个或者多个液压阀单个或者集体地控制， 压力受到传感器单元的调节。
[0098] 一旦在第一层811、821和831里的每一个活塞扩展至与已经有足够压力的860接 触，或者每个活塞都到达最大的扩展点，抓取系统800a可开始扩展第二层812、822和832 里的活塞912。再一次，直到物体860带着足够的压力和接触面815、825和835接触，每个 活塞才停止扩展，而接触面815、825和835与第二层812、822和832里的每一个活塞相串 联，或者直到活塞到达最大扩展点，每个活塞才停止扩展。
[0099] 直到与第三层813、823和833里的每个活塞相串联的接触面带着足够的压力接 触，或者到达最大扩展值，第三层813、823和833才会被扩展至914。在那些实施例中，处理 器控制着多路复用，仅仅通过传感器单元的多路复用测量与控制，处理器就能加速操作，而 这些传感器单元还没有带着足够的压力与物体860相接触。在一些实施例中，活塞的压力 受控于同样的泵送和贮存系统，该系统使用单个或者复合控制阀来控制选中的活塞压力， 以便使扩展结果同步，直到一个压力反馈环路表明接触压力已经足够为止。压力反馈可以 从位于接触面815、825和835的后部的压阻式传感器（未显示）获取。在某些实施例中， 单个串联阵列使用一个泵。因此，在一些实施例中，多层811、812、813、821、822、823、831、 832、833可同时扩展。
[0100] 一旦每个活塞结束扩展，处理器可以计算物体860的每个接触点的位置916。这个 过程就是取代已经进入第四层814、824、834的柔性壁，以及增加位移，该位移由与活塞相 串联的第三层813、823、833 ;第二层812、822、832以及第一层811、821、831进行。在抓取 系统800a中，计算出的多个总位移可以用来制作物体860的一个地理模型和/或决定物体 的具体位置和方向。地理模型包括一个微分容积和/或周长，它们取决于传感器单元相对 于标准参考点的运动。通过传感器单元所进行的位移，每个传感器单元的预定面积会增加， 以此来决定相应的体积。多个容积可被总计来决定总容积，和/或地理模型靠每个传感器 单元的容积来合成。基于产生的地理模型和设定的位置，物体860可以被操作。对于附加 的物体，可以使用步骤902、904和906来重新校准抓取系统800a，或者抓取系统800a可以 跳到步骤908并跳过校准。 带传感器的传感器阵列不能被绝缘壁分开
[0101] 图10为传感阵列1000的横断面图，这个传感阵列包括一系列没有被绝缘壁分开 的电极1020a-d、1030a-d。包含一个导电流体的单个传感室1018包括所有的电极1020a-d、 1030a-d，其允许电能在任何固定电极1020a-d和任何可移动电极1030a-d之间导电。如 传感单元层110,可移动电极1030a-d可能被嵌在一个柔性衬底1014上。然后当柔性衬底 1014在压住物体以抓取物体时，可移动电极1030a-d开始移动。柔性衬底1014包含乳胶、 塑料、天然和/或合成橡胶，和/或娃树脂。可移动电极1030a_d的连接也被嵌在柔性衬 底1014上，以阻止其暴露给导电流体。在一些实施例中，电极1020a-d和1030a-d还包含 导电油墨。导电油墨被印在一台喷墨打印机上或者在柔性衬底1014上。导电油墨表面覆 盖有银、氯化银、钨或者钽，使用蒸镀、化学淀积、蚀刻术、电解、浸渍，或类似物。淀积材料可 以防止导电油墨和导电流体接触，从而保护导电油墨不受导电流体的腐蚀。在一些实施例 中，固定电极1020a-d被一个单个的大型电极替代，该电极与所有可移动的电极1030a-d相 互作用。固定电极1020a_d和一个多路复用器（未显示）相连接，以用来循环通过每一个 电极1020a-d。可移动电极1030a-d连接到同一个多路复用器和/或一个单独的多路复用 器。处理器通过电极对 1020a、1030a ; 1020b、1030b ; 1020c、1030c ;1020d、1030d 来接通，每 对按照创造一个闭合电路的顺序来排列。在有两个多路复用器的实施例中，多路复用器可 以一起循环和/或一个共同选择的信号可以被发送到两个多路复用器，以确保相对的电极 对1020a-d、1030a-d被激活，或者固定电极对于所有的可移动电极1030a-d都是一个单个 电极。
[0102] 图11为不带内部绝缘墙的传感器阵列1100的顶视图。在一个两维阵列中，传感 器阵列1100包含16个单个传感兀件1110。每一个传感兀件1100包含一个带有可移动电 极（未显示）的活塞（未显示），或者可移动电极被直接附加在柔性衬底1114上。因此，没 有内部绝缘壁的传感器阵列将会依靠像传感器阵列200的绝缘壁或者像传感器710、720和 730层的活塞来执行。在触摸传感器700的一些实施例中，终层740包含没有绝缘壁的传感 器阵列1100。相似地，在接触式敏感抓取系统800a和800b的第四层814、824、834、844和 854靠没有绝缘壁的传感阵列1100执行。柔性衬底1114由乳胶；塑料；天然和人工合成橡 胶，例如硅橡胶；硅树脂；及类似物支成。
[0103] 图12A为柔性基底1214a的底视图，该柔性基底用于不带内部绝缘壁的传感器阵 列1200a。柔性基底1214a包括多个接触点1211a(这里也涉及到"凸区"）。接触点1211a 包括一种导电材料，例如导电油墨，它被印在柔性衬底1214a上。多个电线1212a可提供与 电极1230a的外接。电线1212a也被喷墨印刷在衬底1214a上。在所述实施例中，多个电 线1212a从同一侧的传感器阵列1200a的内部完全退出。多个电线1212a覆盖着绝缘体， 以便只有剩余的接触点1211a曝光。然后可移动电极1230a附加到接触点1211a上。
[0104] 图12B为不带内部绝缘壁传感器阵列1200b的另一实施例的前透视图。在一个实 施例中，传感器阵列1200b的尺寸为0. 25英寸X0. 25英寸X0. 25英寸。不像传感器阵列 1200a，多个电线1212b可在多个不同侧面上退出传感器阵列1200b的内部。可将多个接触 点1211b和多个电线1212b喷墨印制在柔性衬底1214b上。柔性衬底1214b可由硅构成。 额外的衬底层1215b可覆盖电线1212b，并仅让接触点1211b外露。可移动电极1230b可附 加在外露的接触点1211b上。在一个实施例中，可将移动电极1230b喷墨印制在外露的接 触点1211b上。
[0105] 柔性衬底1214b和额外的衬底层1215b可附加至传感器阵列体1240b上。柔性衬 底1214b、额外的衬底层1215b和传感器阵列体可包括沿着外边缘的外部电线1244b。在 已将柔性衬底1214b、额外的衬底层1215b和传感器阵列体1240b彼此附加之前和/或之 后，可将外部电线1244b喷墨印制在柔性衬底1214b、额外的衬底层1215b和传感器阵列 体1240b的外部。外部电线1244b可耦合至多路复用器（未显示）上，并可涂入绝缘材料 中。绝缘材料可以是坚硬的聚四氟乙烯（例如，IVil·邮〇，比如由化学处理有限公司或美国 Durafilm生产的。或者，或另外，多个电线1212b和/或外部电线1244b可以是柔性扁线/ 电缆，并可附加至柔性衬底1214b、额外的衬底层1215b，和/或传感器阵列体1240b上。柔 性扁线/电缆可从Z-轴连接器公司、自助交易或贸泽电子获得。
[0106] 密封后，填充孔1242b可允许将导电流体或介电流体添加至传感器阵列1200b上。 填充孔（未显示）可耦合至填充洞1242b上，以添加流体。传感器阵列1200b可在离心机 中旋转，还附加进水管，以移除通过进水管的气泡。一旦移除任何气泡，填充孔1242b就可 密封。
[0107] 图13为传感器阵列1300的横断面图。在所阐述实施例中，传感器阵列1300包括 16个可移动电极1330和16个固定电极1320。或者，在其他实施例中，可能包括更多或更 少的电极1320、1330,和/或可移动电极1320可以是一个面积等于或小于16个固定电极 1330面积总和的单一电极。电极1320、1330可包括一种导电材料，比如银墨、导电油墨、任 何前述的导电材料或类似物。可将可移动电极1330喷墨印制或附加至如上所述的柔性衬 底（未显不）上。固定电极1320可附加在固定电极壳1325上。固定电极壳1325可由高 杨氏模量非导电材料制成，如碳纤维加固材料。柔性衬底和/或固定电极壳1325可电力或 机械地耦合至一个或多个侧壁1340上。一个或多个侧壁1340可包括一个或多个印刷电路 板（PCBs) 1341，如单面和/或双面PCBs。侧壁1340可由柔性材料制成，如扁线/电缆、硅橡 胶、柔性PCB或诸如此类的。对于带有物体的接触压力，侧壁1340可以弯曲并允许可移动 电极1330靠近固定电极1320。在一个实施例中，两个相反的侧壁1340可包括PCBs 1341、 埋线的硅橡胶、和/或柔性电缆，且另外两个侧壁1340可以不包括PCBs 1341、电线、和/或 柔性电缆。其他围绕传感器阵列1300的侧壁也可是柔性的。一个或多个侧壁1340可电力 地耦合固定和/或可移动电极1320、1330至基板1350上。基板1350可包括一个用作电力 地耦合固定和/或可移动电极1320、1330至多路复用器1360的双面PCB。基板1350可包 括穿孔和/或过孔，以将电极1320、1330耦合至多路复用器1360上。多路复用器1360可 与如上所述的测量和/或处理元件（未显示）电力耦合。
[0108] 传感器阵列1300可用电力操作流体（未显示）填充。固定电极壳1325可包括支 持固定电极壳1325的支管1326。支管1326可隔开固定电极壳1325和壁1340,从而创建 一个挡板，并允许流体环固定电极壳1325流动。可包括气囊1318,以防止电力操作流体渗 漏。气囊1318可用比侧壁1340较低的杨氏模量设计。在一个实施例中，侧壁1340可包括 具有较大厚度的硅橡胶，且气囊1318可包括较小厚度的硅橡胶。气囊1318可配置成允许 气囊随着流体的位移而膨胀，以便侧壁1340不膨胀。侧壁1340可包括杨氏模量高于气囊 1318的材料，和/或杨氏模量与气囊相同但比气囊1318更厚的材料，以防止侧壁变形。支 管1326和气囊1318可允许电力操作流体位移，以便柔性衬底能够符合物体（未显示）。可 选择气囊1318的厚度和/或弹性模数，以便允许柔性衬底具有足够的位移来符合物体的形 状。柔性衬底和气囊1318两者可包括相似的物质，如硅橡胶。在一些实施例中，气囊1318 和柔性衬底的尺寸和厚度可以相似。或者，比柔性衬底薄的气囊1318可减少柔性衬底边侧 的膨胀。
[0109] 传感器阵列1300还可以包括一个剪切传感器1371、一个压力传感器1372和一个 温度传感器（未显示）。剪切传感器1371可以与柔性衬底和/或可移动电极1330接触，并 探测柔性衬底相对面的剪切力。剪切传感器1371可垂直于电极1330和/或平行于一个或 多个侧壁1340。在一些实施例中，不止一个剪切传感器1371可用于探测多个方向和/或位 置的剪切力。剪切传感器1371可以是一个PVDF膜传感器、一个压阻式传感器或诸如此类。 压力传感器1372可与气囊和/或电力操作流体接触。温度传感器的探头可附加在一个或 多个侧壁1340上、液压流体线（未显示）内、与柔性衬底接触、与物体接触、与气囊1318接 触、与固定和/或可移动电极1320U330接触、和/或与电力操作流体接触。电引线（未显 示）可耦合剪切传感器1371、压力传感器1372、和/或温度传感器至一个或多个侧壁1340。 一个或多个侧壁1340和/或多路器1360可以将传感器测量值传输至处理器。
[0110] 插入注塑成型可用于形成壁1340。壁1340可包含软电缆和/或喷墨印刷电线、 基板1350和支管1326,并可限制传感器1371、1372、电极1320U330和气囊。支管1326 可附加值软电缆，和/或支管1326可插入注塑成侧壁1340。在一个实施例中，壁1340、基 板1350、气囊1318、PCBsl341、固定电极壳1325和柔性衬底均通过硅橡胶相互耦合。支管 1326、气囊和气囊外罩1318以及PCBsl341对侧壁1340增加支持。在注射模塑期间，至剪 切传感器1371的电引线、压力传感器1372、温度传感器、移动和/或固定电极1320、1330及 诸如此类可用可塑塑料覆盖，如热塑性的。可塑塑料可电力地绝缘除了电极1320U330外 任何电气连接进入接触电力操作流体。
[0111] 图14为具有控制电路的传感器1400及不带内部绝缘壁的传感器阵列的示意图。 控制电路可控制电极对1410a-d的功率，以允许准确的测量。各个电极对1410a-d可由开 关1420a-d控制，其确定来自电源1440的功率是否流入那个电极对1410a-d。开关1420a-d 可作为由硅、砷化镓、碳纳米管等做成的场效应晶体管来实现。场效应晶体管可使其电源与 电源1440相连接，并使其漏板与电极对1410a-d之一相耦合。开关1420a-d可嵌入或嵌在 柔性衬底上，或可远离电极对1410a-d放置。例如，由碳纳米管制成的场效应晶体管可尤其 抵抗抗因柔性衬底挠曲造成的损伤。薄膜金属可用于将开关1420a-d与电极对1410a-d电 力奉禹合到一起。
[0112] 在一些实施例中，开关1420a_d -次仅向一对电极1410a_d供电，如仅直接相对的 电极。在所述实施例中，各个可移动电极（未显示）与其相对的固定电极（未显示）配对。 处理单元等可在开启的开关1420a-d之间循环，直至每个电极对1410a-d之间的位移被测 量。电路的内阻抗可控制最大抽样率，这仍考虑到精确测量。在一些实施例中，开关1420a_d 可与可移动电极结合。在其他实施例中，开关1420a_d可与固定电极结合。一些实施例既 有用于固定电极又有用于可移动电极的开关1420a_d。非相对电极可在抓取面（未显示） 测量剪切力。电路可包含一个或多个多路复用器（未显示），以巩固到单个测量装置（未显 示）的信号；每个电极对1410a-d均有一个测量装置。多路复用技术之前或之后，信号也可 被放大和过滤。巩固的信号可在抽样之前被多路分解并传送到处理单元，或者处理单元可 被编程为正确解释信号。
[0113] 图15为具有控制多路复用器1520的传感器1500及不带内部绝缘壁的传感器阵 列的示意图。多路复用器1520可使电仅被供应给选中的电极对1510a-d。在所述实施例 中，各个固定电极（未显示）互相电力耦合。或者，此外，可移动电极（未显示）也可相互 结合。在其他实施例中，单个固定电极可与所有可移动电极相互作用，或者固定电极和可移 动电极可以不相互结合。第一多路复用器（未显示）可与固定电极连接，第二多路复用器 (未显示）可与可移动电极相连接。或者，单个多路复用器可在固定电极和可移动电极对接 转。分流器1530允许处理单元1550测量相对地面的电压。在其他实施例中，可使用惠斯 通电桥而不是分流器1530测量电阻。
[0114] 在所述实施例中，处理单元1550控制多路复用器1520。在一些实施例中，处理单 元1550可包含微处理器（未显示）和集成电路，如FPGA、ASIC等等（未显示）。多路复用 器1520可在集成电路中应用，或者是由集成电路控制的现成的ASIC。集成电路也可包含 ADC，用来测量分流器1530两端的电压。在用高带宽链路将位移输出给微处理器之前，集成 电路也可有效处理并行计算，将电压测量值转换为位移。这使集成电路管理控制电路、进行 低层次计算，同时处理器使用从集成电路接收的预处理数据进行高层次建模。嵌入柔性衬 底的碳纳米管集成电路可包含全部或部分开关、电极、微处理器、多路复用器和/或多路分 配器。微流通道可用于具有非常小接触面积的电极，以增强导电流体、固定电极和可移动电 极之间的电耦合。 测定物体的相对介电常数和/或电阻率
[0115] 抓取系统可用于测量被抓取物体的电容。因为电容偏板之间的距离已知，物体的 相对介电常数可由电容测定。在一些实施例中，测定相对介电常数可包含计算物体的介电 常数。或者，此外，可测量待抓取物体的电阻。来自抓取系统的物体长度和物体面积测量值， 可与测量的电阻一起使用，用于测定物体的电阻率。在一些实施例中，可为绝缘体测定相对 介电常数，为导体测定电阻率，为半导体测定相对介电常数和电阻率。
[0116] 通过比较测定/测量值与不同材料已知值，或者与不同物体之前的测量值相比 较，相对介电常数和/或电阻率可用于确定物体的构成。一旦知道物体的材料，即可从该材 料预测物体的性质或物体的重量。相对介电常数和/或电阻率也可用于测定物体的纯度， 或物体上危险物质的存在。这些测定有利于半导体行业等等。测量相对介电常数和/或电 阻率的附加数据考虑到更好的过程控制、提高效率和优等品。
[0117] 图16A为具有相对传感器单兀1611a、1612a的相对介电常数传感器1600a的不意 图。相对传感器单元1611a、1612a可包含活塞和/或柔性壁。在所述实施例中，可移动电 极1631U632可被用作电容器的极板，其中物体1660充当电容器的电介质。在其他实施例 中，固定电极1621U622或者固定和可移动电极1621、1622、1631、1632均被用作电容器的 极板。单独电压线可提供给可移动电极1631、1632,或者一个或多个开关可用作在位移测量 和电容测量之间转换。
[0118] 在一些实施例中，可在电容测量期间进行位移测量，固定电极1621U622的电压 可与可移动电极1631、1632相同，或允许浮动。相应地，相对移动电极1631、1632可处于 相同电压，其中一个在位移测量期间可以浮动，和/或相对电极1631U632在位移测量期 间不同时通电，防止电容干扰。在实施例中，通过在可移动电极1631、1632上施加相同极性 电压，物体1660可被排斥，或者当电压施加到电极1631U632两端时，物体1660可在电极 1631U632之间吸引。这可用来抓取或释放物体，如当使用微机械时。
[0119] 在一些实施例中，传感器1600a可以仅使用一对直接相对的电极。或者，也可使用 预先决定的多个电极和/或非直接相对的电极。例如，用直接相对的电极测量中空物体的 介电常数需要特大电压，因此在这种情况下，可选择彼此相对成角的电极。或者，物体1660 的形状可使可移动电极1631U632成角度而不是彼此直接相对。该角度在一些实施例中为 〇度到180度之间，在其他实施例中可在180度到180度之间。对于角板，穿过物体1660的 电场可能弯成弓形。电场的弓形弯曲取决于物体1660的厚度和材料。电压会增加直至电场 延伸至物体1660以外。如果测定的介电常数为空气的介电常数和/或物体1660的介电常 数有变化，可表明物体1660的边缘。在另一个实施例中，边缘检测也可通过下列方式进行， 将电容器的一个极板改变到不同传感器单元的可移动电极，直至检测到空气的介电常数。
[0120] 物体1660的电容率探测到的改变可以被用来测定物体壁的厚度。不同的电容器 极板装置可以被用来探测电容率的变化。电容器极板被密密麻麻地排列，例如系列电容器 极板对准，会引起电场形成一个在电容器极板之间的拱门。拱形区域的测量电容取决于每 种材料的电容率，电场穿过这些物质，例如物体壁或在物体壁后的材料，如水或空气。例如， 一个小电场通过系列极板电容器应用到一杯水当中，这个电场首先穿透玻璃。当电场增加 的时候，电场可以穿透水和玻璃。当电场增加时，电容也改变，这个改变意味着电场正在穿 过一种有不同电容率值的材料。
[0121] 在电容极板之间的电场可以创造出一个带有系列极板对准的拱。当拱形电场增加 的时候，穿过电容器从低值往高值加压会使电场从一层伸向不同材料的另一层。为了测定 材料的改变，电容器电压也被监测。电压曲线的改变也能被用来鉴别目标材料不同层面的 厚度。作为增加电压的一种功能，物体不同物质的介电常数的改变可以在电压-时间曲线 中引起波纹。将这些改变同被存储值相比较，可以用来测定物体壁的厚度。
[0122] 电容器两端的电压可以用方程式来表达：
【权利要求】
1. 一种位移测量单元，包括： 导电流体； 电力连接至导电流体的固定电极； 电力及物理耦合至导电流体并用于相对于固定电极移动的可移动电极；和 奉禹合至可移动和固定电极并用于测量依赖可移动电极相对于固定电极移动的电性的 电性测量装置。
2. 权利要求1的位移测量单元，其中，导电流体用于防止可移动电极和固定电极之间 的电荷积聚。
3. 权力要求1的位移测量单元，其中，位移测量单元用于在可移动电极相对于固定电 极移动时改变固定电极和可移动电极之间的导电流体的体积。
4. 权利要求3中的位移测量单元，其中，电性测量装置用于在导电流体的体积改变时 测量从包含电压、电流、阻抗和电阻的群组中选择的电性变化。
5. 权利要求1的位移测量单元，其中，电性测量装置是从包含欧姆计、安培计、伏特计 和模拟-数字转换器的群组中选择的。
6. 权利要求1的位移测量单元，还包含一个用于从电性测量值计算位移的处理器。
7. 权利要求6的位移测量单元，其中，处理器用于从电性测量值计算线性位移和角位 移中的至少一个。
8. 权利要求6的位移测量单元，其中，处理器用于校正到位移的电性测量值。
9. 权利要求1的位移测量单元，还包含电源，其中电源与固定电极电力耦合，并与可移 动电极电力耦合。
10. 权利要求1的位移测量单元，其中，固定电极包括一个平板。
11. 权利要求1的位移测量单元，还包括导一个电流体贮液器。
12. 权利要求11的位移测量单元，还包括用于调节导电流体的压力的压力控制器。
13. 权利要求1的位移测量单元，其中，导电流体是不可压缩的。
14. 权利要求1的位移测量单元，其中，可移动电极用于相对于固定电极线性地移动。
15. 权利要求1的位移测量单元，其中，可移动电极包括至少一种从由银、镓、导电油墨 和钨组成的群组中选择的材料。
16. 权利要求1的位移测量单元，其中，导电流体包括至少一种从由氯化钠、氯化钾和 镓合金组成的群组中选择的材料。
17. 权利要求1的位移测量单元，其中，可移动电极用于沿循环路径相对于固定电极移 动。
18. 权利要求17的位移测量单元，还包括： 圆环状的腔，其中圆环状的腔包含循环路径； 后盖，其中，固定电极和后盖稱合； 活塞，其中，可移动电极和活塞耦合，并且其中，活塞和可移动电极用于沿循环路径移 动；和 与活塞耦合的气囊，其中，气囊用于防止导电流体从圆环状的腔中泄漏出去。
19. 权利要求1的位移测量单元，还包括： 后盖，其中，固定电极和后盖稱合； 活塞总成，包括： 活塞，其中，可移动电极与活塞耦合；以及 活塞杆，其中活塞与活塞杆的近端耦合。
20. 权利要求19的位移测量单元，其中，活塞包括非导电材料。
21. 权利要求19的位移测量单元，还包括活塞扩展室和活塞收缩室。
22. 权利要求21的位移测量单元，还包括用于添加额外导电流体至活塞扩展室并将导 电流体从活塞收缩室移除的泵。
23. 权利要求21的位移测量单元，还包括用于添加额外导电流体至活塞收缩室并将导 电流体从活塞扩展室移除的泵。
24. 权利要求19的位移测量单元，还包括连接至活塞杆远端的触头，其中触头连接至 第二位移测量单元。
25. 权利要求19的位移测量单元，还包括： 用于基于储存于存储器的计算机代码来控制活塞移动的处理器；和 用于输出位移测量值的输出装置。
26. 权利要求19的位移测量单元，还包括： 活塞室；和 用于通过将一定量的导电流体添加至活塞室或从活塞室移除而移动活塞的正排量泵， 其中，正排量泵与导电流体绝缘。
27. 权利要求26的位移测量单元，其中，正排量泵包括使正排量泵与导电流体隔离的 塑料体。
28. 权利要求26的位移测量单元，还包括用于控制导电流体流向活塞室流量的阀门。
29. 权利要求19的位移测量单元，还包括连接至活塞的气囊，其中气囊用于防止导电 流体从位移测量单元中泄露。
30. 权利要求1的位移测量单元，还包括用于围绕导电流体、可移动电极和固定电极的 顺应壁。
31. 权利要求30的位移测量单元，还包括剪切力传感器，其中顺应壁还包括接触面，其 中剪切力传感器与接触面相连接，其中剪切力传感器包括至少一种从由压敏电阻材料和压 电材料组成的群组中选择的材料，其中压电材料包括聚偏二氟乙烯（PVDF)膜，且其中剪切 力传感器垂直于接触面。
32. 权利要求30的位移测量单元，其中，顺应壁由硅组成。
33. 权利要求1的位移测量单元，还包括： 包括接触面的柔性壁； 一个或多个与导电流体接触的固定电极，其中一个或多个固定电极包括固定电极；和 多个与柔性壁连接且与导电流体相接触的可移动电极，其中多个可移动电极包括可移 动电极； 电源；和 用于有选择地将一个或多个固定电极和可移动电极连接至电源和从电源处断开的控 制电路。
34. 权利要求33的位移测量单元，其中，控制电路包括多路器。
35. 权利要求34的位移测量单元，其中，控制电路用于在任何时候将一个或多个固定 电极中的最多一个或多个可移动电极中的最多一个连接至电源。
36. 权利要求35的位移测量单元，其中，控制电路用于使得能够同时仅直接相对固定 电极和可移动电极。
37. 权利要求33的位移测量单元，其中，控制电路包括对应于多个可移动电极的多个 晶体管，其中每个晶体管的源极均与电源电力耦合，且每个晶体管的漏极均与相应的移动 电极电力耦合。
38. 权利要求33的位移测量单元，还包括嵌入在柔性壁中的集成电路，其中集成电路 包括电性测量装置、控制电路、多路器和晶体管中的至少一个，且其中柔性壁包括柔性印刷 电路板。
39. 权利要求38的位移测量单元，其中，集成电路包括碳纳米管。
40. 权利要求33的位移测量单元，其中多个可移动电极均嵌入在柔性壁中。
41. 权利要求40的位移测量单元，其中多个可移动电极包括微流通道，以加强与导电 流体的电力耦合。
42. 权利要求1的位移测量单元，还包括用于测量导电流体温度的温度传感器。
43. 权利要求42的位移测量单元，其中温度传感器与贮液器、液压线、可移动电极、固 定电极、包含可移动和固定电极的室和邻近接触面的一部分小室中的至少一个相接触。
44. 权利要求1的位移测量单元，还包括从由压阻式传感器和聚偏二氟乙烯（PVDF)膜 传感器组成的群组选择的剪切力传感器，其中，剪切力传感器垂直于可移动电极。
45. -种触敏机器人抓取系统，包括： 第一抓取部件，包括第一多个位移测量单元，每个位移测量单元包括： 导电流体， 电力连接至导电流体的固定电极，和 电力耦合至导电流体并用于相对于固定电极移动的可移动电极；以及 第一电性测量装置，用于测量第一电性同时有选择地耦合至所选择的位移测量单元的 固定电极和可移动电极，其中第一电性取决于可移动电极相对于固定电极的移动。
46. 权利要求45的触敏机器人抓取系统，还包括： 用于接收第一电性测量值并生成由第一多个位移测量单元所感知的物体的模型的处 理器；和 与处理器电力通信并用于存储测量值的存储器。
47. 权利要求46的触敏机器人抓取系统，其中，处理器用于通过以下来生成物体的模 型： 在校准过程中测定最大和最好扩展位置；以及 根据以下来计算多个差量： 从所接收的测量值以及最大或最小扩展位置计算得出的当前可移动电极位置之间的 差异；和 各个可移动电极的电极面积。
48. 权利要求47的触敏机器人抓取系统，其中处理器用于根据第一多个位置测量单元 的已知位置，通过将多个差量组装成三维模型，来生成多个生成物体的三维模型。
49. 权利要求46的触敏机器人抓取系统，其中，处理器用于： 根据所接收的测量值中测定物体的周长；以及 根据所测定的周长，来生成物体的三维表征。
50. 权利要求46的触敏机器人抓取系统，其中，存储器用于存储物体的图。
51. 权利要求50的触敏机器人抓取系统，其中，处理器通过比较物体的模型和物体的 图，测定被第一多个位移测量单位所感知的物体的方位和位置中的至少一个。
52. 权利要求51的触敏机器人抓取系统，还包括多个伺服电动机，其中，多个伺服电动 机控制第一抓取部件和第二抓取部件的移动，并且处理器指导多个伺服电动机改变物体的 方向，从而可以完成制造操作。
53. 权利要求52的触敏机器人抓取系统，其中，处理器指导多个伺服电动机改变物体 的方向，以符合预先确定的方向。
54. 权利要求46的触敏机器人抓取系统，其中，处理器相对于第二抓取部件移动第一 抓取部件，使得固定电极不接触移动电极。
55. 权利要求45的触敏机器人抓取系统，其中，第一多个位移测量单元被配置在多个 层内，其中多个层之间彼此机械串联，并且其中在每个层内的位移测量单元彼此机械并联 在一起。
56. 权利要求55的触敏机器人抓取系统，其中多个层包括由包含柔性壁的无活塞位移 测量单元组成的最后一层，并且其中，除最后一层以外的每层均包括包含活塞的位移测量 单元。
57. 权利要求45的触敏机器人抓取系统，还包括压力监视装置，用于测量导电流体的 压力。
58. 权利要求57的触敏机器人抓取系统，还包括用于根据压力测量值和第一电性测量 值中的至少一个来相对于第二抓取部件移动第一抓取部件的处理器。
59. 权利要求45的触敏机器人抓取系统，还包括第二抓取部件、第三抓取部件、第四抓 取部件，其中，第一抓取部件与第二抓取部件相对设置，第三抓取部件与第四抓取部件相对 设置，并且第一抓取部件垂直于第三抓取部件。
60. 权利要求45的触敏机器人抓取系统，还包括： 第二抓取部件，包含第二多个位移测量单元，第二多个位移测量单元内的每个位移测 量单元均包括： 导电流体， 电力耦合至导电流体的固定电极，和电力耦合至导电流体的可移动电极；和 用于测量被感知物体的第二电性同时连接至在至少两个不同位移测量单元内的可移 动电极的第二电性测量装置。
61. 权利要求60的触敏机器人抓取系统，其中，第二电性测量装置用于测量物体的电 容。
62. 权利要求61的触敏机器人抓取系统，还包括用于计算物体的介电常数和/或电容 率的处理器。
63. 权利要求62的触敏机器人抓取系统，还包括用于对一个或多个材料存储介电值和 /或电容率值的存储器，其中处理器还用于通过将物体的介电常数和/或电容率与存储的 介电值和/或电容率值相比较来测定物体的材料。
64. 权利要求62的触敏机器人抓取系统，其中，第二电性测量装置进一步通过测量当 在移动电极之间不存在物体时的电容来校准。
65. 权利要求61的触敏机器人抓取系统，其中，第二电性测量装置用于在相应多个频 率和/或振幅下施加电功率的同时来测量多个电容。
66. 权利要求60的触敏机器人抓取系统，其中，第二电性测量装置用于测量耗散因数。
67. 权利要求60的触敏机器人抓取系统，其中，第二电性测量装置用于测量电阻率。
68. 权利要求60的触敏机器人抓取系统，还包括应变仪，其中应变仪包括包含长度-敏 感电阻器的应变梁。
69. 权利要求60的触敏机器人抓取系统，还包括电动机和导螺杆，其中电动机和导螺 杆用于移动第二抓取部件。
70. 权利要求60的触敏机器人抓取系统，还包括快速更换转台，以在物体上执行一个 或多个操作。
71. 权利要求70的触敏机器人抓取系统，其中快速更换转台根据第一电性和第二电性 中的至少一个来确定执行哪项操作。
72. 权利要求70的触敏机器人抓取系统，其中快速更换转台包括旋转接头。
73. 权利要求60的触敏机器人抓取系统，还包括用于移动第二抓取部件的凸轮导承。
74. 权利要求45的触敏机器人抓取系统，还包括： 第二抓取部件，包含第二多个位移测量单元，第二多个位移测量单元内的每个位移测 量单元均包括： 导电流体； 电力连接至导电流体的固定电极；和 电力耦合至导电流体的可移动电极； 其中第一和第二多个位移测量单元中的每个位移测量单元还包括： 围住导电流体的壁、固定电极和可移动电极；和 附加至壁外部的外部电极；以及 用于测量物体第二电性同时连接至至少两个不同位移测量单元内的外部电极的第二 电性测量装置。
75. 权利要求74的触敏机器人抓取系统，其中，第二电性测量装置用于测量电阻。
76. 权利要求75的触敏机器人抓取系统，还包括用于计算物体电阻率的处理器。
77. 权利要求76的触敏机器人抓取系统，还包括用于对一个或多个材料存储电阻率值 的存储器，其中处理器还用于通过将物体的电阻率与存储的电阻率值相比较来测定物体的 材料。
78. 权利要求76的触敏机器人抓取系统，其中，第二电性测量装置进一步通过测量当 在第一外部电极和第二外部电极之间不存在物体时的电阻来校准。
79. 权利要求45的触敏机器人抓取系统，其中第一抓取部件包括机器人脚，其包括： 第一多个位移测量单元； 用于测量导电流体的流体压力的压力传感器； 用于测量针对足部底部的剪切力的一个或多个剪切传感器；和 用于根据来自第一多个位移测量单元的多个位移测量值和流体压力中的至少一个来 测定机器人重量和机器人负载中的至少一个的处理器， 其中，第一多个位移测量单元用于支持足部并测量地面轮廓。
80. -种使用触敏机器人抓手来抓取物体的方法，所述方法包括： 提供包括多个层的第一抓取部件，多个层包含一个或多个非最后一层和用于接触物体 的最后一层，每一层包括一个或多个位移测量单元，每一层中的每个位移测量单元包括： 导电流体， 和导电流体接触的固定电极，以及 和导电流体接触的可移动电极， 其中，一个或多个非最后一层中的每个位移测量单元包括一个活塞总成，其包含： 活塞，其中可移动电极与活塞相耦合， 活塞杆，其中，活塞杆的近端与活塞相连接，和 触头，其中触头与活塞杆的远端相连接； 收缩各个活塞至最小扩展位置； 扩展各个非最后一层内的位移测量单元中的活塞，直至导电流体达到预先确定的压 力；和 计算最后一层内的每个位移测量单元行进的总距离，其中，特定位移测量单元行进的 总距离是特定位移测量单元中移动电极行进的距离加上与特定位移测量单元机械串联的 位移测量单元中移动电极行进的距离。
81. 权力要求80的方法，其中，扩展各个位移测量单元内的活塞包括同时扩展各个非 最后一层中各个位移测量单元的活塞。
82. 权力要求81的方法，其中，扩展各个位移测量单元内的活塞包括同时扩展带有通 用泵和通用控制阀的各个位移测量单元中的活塞。
83. 权利要求82的方法，其中扩展带有通用泵的各个位移测量单元中的活塞包括根据 从液压耦合至泵的压力传感器所测的测量值来控制通用泵。
84. 权利要求80的方法，其中，扩展各个位移测量单元中的活塞包括一旦前一层中的 各个活塞完成了扩展，就扩展各个非最后一层中的各个位移测量单元内的活塞，直至导电 流体达到预先确定的压力。
85. 权利要求80的方法，还包括以下的最初校准步骤： 提供第二抓取部件； 收缩各个活塞至最小扩展位置； 扩展各个活塞直至最后一层内的各个触头接触到第二抓取部件，以便获得最大扩展位 置；和 映射最小和最大扩展位置至位移。
86. 权利要求85的方法，其中映射包括把电气特性的测量值与最小和最大扩展位置相 关联。
87. 权利要求86的方法，其中电气特性是从由电压、电流、阻抗和电阻组成的群组中选 择的。
88. 权利要求85的方法，其中映射最小和最大扩展位置至位移包括映射最小和最大扩 展位置至离散值，并且其中最小离散增量对应于所需的位移测量分辨率。
89. 权利要求85的方法，其中，映射最小和最大扩展位置至位移包括定义函数或曲线 映射电性测量值至位移。
90. 权利要求89的方法，其中函数或曲线用于接收温度测量值作为输入并输出已校正 温度的位移。
91. 权利要求80的方法，其中，收缩各个活塞包括将导电流体添加至活塞收缩室。
92. -种旋转液压接头，包括： 一个扩展室；和 一个收缩室，且每个小室包含： 一个端盖； 一个活塞，被配置成用来相对于端盖转动；和 一个或者更多的端口用来将流体添加至或排放出小室， 其中旋转液压接头用于在添加流体至扩展室内时周期方向旋转，以及在将流体添加至 收缩室时向反周期方向旋转。
93. 权利要求92的旋转液压接头，其中各个室均包括圆环状的腔。
94. 权利要求92的旋转液压接头，其中各个室均包括连接至活塞和端盖的气囊，其中 气囊用于防止液体从旋转液压接头泄漏。
95. 权利要求94的旋转液压接头，其中气囊用于在被压缩时围绕自身及活塞折叠。
96. 权利要求94的旋转液压接头，还包括围合扩展和收缩室的壁，其中，气囊用于使流 体与壁电力隔离。
97. 权利要求92的旋转液压接头，还包括第一轴和第二轴，其中，旋转液压接头用于使 第一轴相对于第二轴旋转。
98. 权利要求97的旋转液压接头，还包括中心销，其中，中心销用于在第一轴和第二轴 之间转移流体、数据和电功率中的至少一个。
99. 权利要求92的旋转液压接头，还包括一个中心部分和两个外部部分，其中中心部 分包括大约上半个扩展室和大约上半个收缩室，且其中两个外部部分都包括大约下半个扩 展室和收缩室。
100. 权利要求99的旋转液压接头，其中，各个端盖和各个活塞均和中心部分和两个外 部部分中的一个相连接。
101. 权利要求92的旋转液压接头，其中，每个收缩室和扩展室均包括连接至端盖的固 定电极和连接至活塞的移动电极。
102. -种复合球形接头，用于旋转与其相耦合的物体，所述复合球形接头包括： 多个组成接头，每个组成接头包含： 一个扩展室；和 一个收缩室，且每个小室包含： 一个端盖， 一个活塞，被配置成相对于后盖运动，和 一个或者更多的端口，用来从小室增加和移动流体， 其中每个组成关节被设置用来当流体被增加到扩展室中向周期性方向旋转，以及当流 体被增加到收缩室时向反周期方向旋转，和 其中第一多个组成接头被设置成用来旋转第二多个组成接头。
103. 权利要求102复合球形接头，其中第一多个组成接头在第一个平面中旋转，第二 多个组成接头在第二个平面中旋转，并且第一平面与第二平面相垂直。
104. 权利要求102的复合球形接头，还包括一个处理器，所述处理器用于确定对应于 多个组成接头的多个旋转角度，并基于多样的旋转角度计算物体的位置。
105. 权利要求102的复合球形接头，还包括多个流体控制阀，所述流体控制阀用于控 制来自于多个组成接头的流体的填充和排放。
106. 权利要求102的复合球形接头，其中第二多个组成接头包含一个中心，其中第一 多个组成接头的至少一部分与第二多个组成接头的中心相毗邻。
107. -种非泄漏液压室，包括： 一个端盖； 一个活塞，用于相对于端盖移动； 室壁，限定一个小室且包围活塞和端盖； 一个或者多个端口，用于增加或者移除室中的液体；和 可变形气囊，与端盖及活塞耦合， 其中气囊被配置成用来阻止非泄漏液压室的泄漏。
108. 权利要求107的非泄漏液压室，其中，室壁进一步包含线性的、圆柱状的空腔。
109. 权利要求107的非泄漏液压室，其中，室壁还包含圆环形的空腔。
110. 权利要求107的非泄漏液压室，其中，气囊用于在流体被移除时围绕自身及活塞 折叠。
111. 权利要求107的非泄漏液压室，其中，气囊用于使流体与壁电力隔离。
112. -种用于支持和给机器人提供能量的机器人骨架元件，所述机器人骨架元件包 含： 一个细长的内核； 第一节电池，耦合到内核并大体上围绕内核，所述第一节电池包含一个阳极、一个阴 极、一个分离器、和电线，其中电线将阳极和阴极中的每以个耦合至机器人；和 一个外壳，至少部分包围第一节电池。
113. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，第一节电池包含一个电池单元，所述电池 单元从由可充电锂离子电池和柔韧的锂聚合物电池组成的群组中选取。
114. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，内核包含一个空心的内部。
115. 权利要求114的机器人骨架元件，还包含聚氯乙烯（PVC)管，用来传输流体，其中 内核至少部分环绕PVC管。
116. 权利要求114的机器人骨架元件，进一步包含一个绝缘体套筒，其中，空心的内部 包含多个小室，被配置成用来纵向传输流体，其中多个小室被配置成用来阻止来自不同小 室的流体在输送过程中混合，并且其中绝缘套筒使流体和内核绝缘。
117. 权利要求114的机器人骨架兀件，其中，内核包含导电的、纵向的表面兀件，被用 于传输数据。
118. 权利要求114的机器人骨架元件，其中，内核包含导电的、纵向的表面元件，用于 把电线耦合至机器人。
119. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，第一节电池包含多个电池单元和多个支 承板，并且其中每节电池单元被多个支承板包围。
120. 权利要求112的机器人骨架元件，还包含第二节电池，其中第二节电池大体上围 绕第一节电池。
121. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，内核用于通过一个快速释放的凸缘来连 接关节。
122. 权利要求112的机器人骨架元件，进一步包含一个端盖，用来可移动地连接到内 核。
123. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，端盖包含一个端口，用来传输流体、数据 和动力中的至少一个。
124. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，第一节电池包含多个电池单元，并且其中 每个电池包含多个大体上平行的绕组。
125. 权利要求124的机器人骨架元件，其中大体上平行的绕组被嵌入在多个电池单元 中的至少一个中。
126. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，第一节电池被构造成符合内核的形状。
127. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，外壳用于密封小孔。
128. 权利要求112的机器人骨架元件，其中，外壳完全围绕第一节电池，并且其中电线 穿过外壳。
129. 权利要求112的机器人骨架元件，还包括： 加热元件，用于将热传输到首块电池上；和 电绝缘体，用于将首块电池和加热元件电绝缘。
130. 权利要求129的机器人骨架元件，其中，加热元件包含电阻式加热元件和热电加 热元件中的至少一个。
131. 权利要求129的机器人骨架元件，其中，加热元件呈螺旋形并环绕在电池 周围。
132. -种用于输送流体、数据、和电能中的至少一个的机器人骨架元件，所述机器人骨 架元件包含： 一个外止口； 一个内止口； 一个输出部分；和 一个内核，包含一个空心的内部， 其中，外止口和内止口用于机械地连接其它骨架元件和/或关节， 其中，输送部分和内止口用于将流体、数据、和电能中的一个传输到其他骨架元件和/ 或关节，以及 其中，内核用于在内止口和输出部分之间传输流体、数据、和电能中的至少一个。
133. 权利要求132的机器人骨架元件，其中，内核包含多个表面元件，用于在内止口和 输出部分之间传输数据和电能中的至少一个。
134. 权利要求133的机器人骨架元件，其中的内核包含： 一个核心气缸；和 一个绝缘体，用于绝缘核心气缸和多个表面元件。
135. 权利要求132的机器人骨架元件，其中，空心的内部包含多个互不相连的小室，用 于传输流体。
136. 权利要求135的机器人骨架兀件，其中，内核包含一个绝缘体，用于绝缘液体和内 核。
137. 权利要求132的机器人骨架元件，其中的内核包含从组合中选取的材料，该组合 由钛、铝、和碳素纤维组成。
138. 权利要求132的机器人骨架元件，还包含一节电池，其中内止口和输出部分中的 至少一个和电池相耦合。
139. 权利要求138的机器人骨架元件，其中，电池包含第一和第二端口且圆柱状缠绕 内核，其中，内止口和输出部分围绕第一节或者第二节电池的端口以阻止相对于内核的纵 向位移。
140. 权利要求138的机器人骨架元件，其中，内止口包含一个或者多个开关，用于有选 择地连接电池到充电和放电电路。
141. 权利要求132的机器人骨架元件，其中，内止口包含与泵流体联通的流体端口。
142. -种用于输送流体、数据、和/或电能中的至少一个的机器人骨架元件，所述机器 人骨架元件包含： 一个圆柱形的内核，包含一个空心的内部， 一个近端，用于连接机器人骨架元件到第一个临近的骨架元件或者关节；和 一个远端，用于连接机器人骨架元件到第二个临近的骨架元件或者关节， 其中，内核用于在第一个临近的骨架元件和第二个临近的骨架元件之间传输流体、数 据、和电能中的至少一个。
【文档编号】B25J19/02GK104271322SQ201380013238
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2012年3月8日
【发明者】杰弗里·A·罗斯, 詹姆士·亚当·罗斯, 史蒂芬·D·罗斯, 雷蒙德·库珀 申请人:品质制造有限公司