一种具有温度感觉的智能皮肤的制作方法

本申请属于智能皮肤技术领域，特别涉及一种具有温度感觉的智能皮肤。

背景技术：

皮肤感觉是由皮肤感受器官所产生的感觉，包括触觉、压觉、振动觉、温度觉等。人的皮肤感觉其中的神经感受器有触压传感器等多传感器，来感知皮肤接触环境的状态。

人体的每个部分都具有独特的颜色和形状，肢体残缺或部分身体皮肤残缺后，需要在视觉上和功能上对残缺的身体进行弥补。装饰型人造皮肤可以恢复外观，使残缺的身体变得更加完整和自然。

目前比较常见的用于形象美体功能的人造皮肤类产品多由硅胶制成，其内部可以带有填充物，使皮肤细腻、真实、柔软，可以用于身体残缺者人群。这类人造皮肤虽然可以实现形象美体功能，有些还可以在残疾人士抓握过程中起到支撑作用，但它们不具有环境感知能力，使用者无法通过皮肤感知周围环境温度等皮肤感觉信息，无法替代人类皮肤的功能。尤其是为肢体残疾患者作为肢体皮肤的替代时，无法直接、有效地为肢体残疾患者提供接触环境的温度信息。

技术实现要素：

本申请提供了一种具有温度感觉的智能皮肤，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：

一种具有温度感觉的智能皮肤，包括智能皮肤本体、温度传感器阵列、加热片阵列、信息采集与处理单元和其他处理单元；所述温度传感器阵列、加热片阵列以及信息采集与处理单元分别通过真空埋入的方式嵌入由橡胶或硅胶材料制作的智能皮肤本体内部；

所述温度传感器阵列包括至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器用于监测所述智能皮肤本体接触环境的温度信息；

所述加热片阵列包括至少一个加热片，所述至少一个加热片用于根据温度控制指令控制智能皮肤的温度；

所述信息采集与处理单元用于采集所述温度信息，并将采集的温度信息传递给其他处理单元；

所述其他处理单元位于智能皮肤本体的外部，用于对所述温度信息进行处理及分析，获取智能皮肤本体感知到的温度信息；

所述其他处理单元还用于向所述加热片阵列发送温度控制指令。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述温度传感器阵列、加热片阵列以及信息采集与处理单元分别安装在电路板上，并内置于智能皮肤本体内部。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述温度传感器阵列包括温度传感器、第一信号放大器、第一模数转换器和第一传输总线；所述温度传感器、第一信号放大器、第一模数转换器、第一传输总线分布在智能皮肤本体中；所述温度传感器监测外界的温度信息，所述温度信息经过第一信号放大器进行信号放大后，再经过第一模数转换器对放大信号进行转化，最后经过第一传输总线传输至信息采集与处理单元。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述加热片阵列包括加热片、第二信号放大器、第二数模转换器、第二传输总线；所述加热片、第二信号放大器、第二数模转换器、第二传输总线分布在智能皮肤本体中；所述信息采集与处理单元生成加热指令，所述加热指令经第二传输总线传输至第二数模转换器，所述第二数模转换器对加热指令进行转换后，经所述第二信号放大器进行信号放大并传输至加热片，所述加热片根据加热指令控制智能皮肤的温度。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述至少一个温度传感器和至少一个加热片呈一定空间分辨率排布在智能皮肤本体内。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述信息采集与处理单元将温度信息传输至其他处理单元的传输方式包括总线方式或蓝牙、5g、wi-fi方式。

相对于现有技术，本申请实施例的具有温度感觉的智能皮肤至少具有以下有益效果：

1、通过将温度传感器阵列和加热片以真空埋入的方式埋入由橡胶、硅胶材料制作而成的智能皮肤内，使智能皮肤可以智能地感知接触环境的温度信息，并保证了智能皮肤的自然、美观；

2、扩大了智能皮肤的使用范围，智能皮肤本体可以形成任意人类肢体的形状，可广泛地用于肢体残疾患者的肢体皮肤功能替换、虚拟现实场景中可感知周围环境的可穿戴设备、智能机器人外层皮肤等多个其他相关场合。

附图说明

图1是本申请实施例的具有温度感觉的智能皮肤的结构示意图；

图2为本申请实施例的具有温度感觉的智能皮肤的信号流向示意图。

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，以下结合附图及实施例，对本申请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。

请参阅图1，是本申请实施例的具有温度感觉的智能皮肤的结构示意图。本申请实施例的具有温度感觉的智能皮肤包括智能皮肤本体1、温度传感器阵列12、加热片阵列15、信息采集与处理单元13和其他处理单元2；其中，智能皮肤本体1采用橡胶、硅胶等材料制作而成，温度传感器阵列12、加热片阵列15、以及信息采集与处理单元13分别安装在电路板(刚性或柔性)上，并以真空的方式内置(包裹或覆盖)于智能皮肤本体1内部。温度传感器阵列12用于在智能皮肤本体1接触外部环境或物体时监测出皮肤接触环境或物体的温度信息；信息采集与处理单元13用于对温度传感器阵列12监测到的温度信息进行实时采集，并将采集的温度信息传递给其他处理单元2。其他处理单元2位于智能皮肤本体1的外部，用于对信息采集与处理单元13传递的温度信息进行处理及分析，获取智能皮肤本体1不同位置感知到的温度信息，并根据温度需求向加热片阵列15发送温度控制指令，加热片阵列15根据温度控制指令对智能皮肤进行不同温度的加热，以自动控制智能皮肤的温度，使智能皮肤本体1可能具有仿真的皮肤温度。

请参阅图2，为本申请实施例的具有温度感觉的智能皮肤的信号流向示意图。本申请实施例中，温度传感器阵列12包括温度传感器201、第一信号放大器202、第一模数转换器203和第一传输总线204；温度传感器201、第一信号放大器202、第一模数转换器203、第一传输总线204分布在智能皮肤本体1中，温度传感器201的数量为至少一个，且多个温度传感器201可以任意分布规律进行分布，使智能皮肤具有一定灵敏度和空间分辨分布的温度敏感能力。实际使用时，温度传感器阵列12中的温度传感器201实时监测外界的温度信息，温度信息经过第一信号放大器202进行信号放大后，再经过第一模数转换器203对放大信号进行转化，最后经过第一传输总线204传输至信息采集与处理单元13。

加热片阵列15包括加热片501、第二信号放大器503、第二数模转换器504、第二传输总线505；加热片501、第二信号放大器503、第二数模转换器504、第二传输总线505分布在智能皮肤本体1中，加热片501的数量为至少一个，且多个加热片501可以以任意分布规律分布，使加热片能够以一定空间分辨率为智能皮肤提供温度调节。实际使用时，信息采集与处理单元13发送加热指令，加热指令经第二传输总线505传输至第二数模转换器504，第二数模转换器504对加热指令进行转换后，经第二信号放大器503进行信号放大并传输至加热片501，加热片501根据加热指令控制智能皮肤的温度。同时，智能皮肤还可以根据温度传感器阵列反馈的智能皮肤实际温度实时调整加热片的加热指令，进而更精准的控制智能皮肤温度。

本申请实施例中，信息采集与处理单元13为柔性或其他容易嵌入智能皮肤的处理器单元，使佩戴智能皮肤的使用者几乎无法感觉出信息采集与处理单元的存在。信息采集与处理单元13可以是一个处理模块，也可是多个子处理单元，如果是多个子处理单元，则各个子处理单元之间可以通过总线方式进行连接。

本申请实施例中，信息采集与处理单元13将温度信息传递给其他处理单元2的信息传递方式包括rs-485总线、rs-422总线、can总线等总线式方式，或蓝牙、5g、wi-fi等无线方式。

本申请实施例中，加热片阵列15包括至少一个加热片501，温度传感器201可以是单一传感器，也可以是多个传感器组成的传感器阵列，至少一个加热片和多个传感器以一定的空间分辨率排布在智能皮肤上，多个传感器可以使智能皮肤的多个位置分别感受到不同的温度信息，至少一个加热片可对不同区域的智能皮肤进行加热，具体的，加热片和传感器的数量可根据智能皮肤的面积及精度需求等进行配置。

智能皮肤温度控制过程中，系统可以根据温度传感器阵列获取的温度信息进行温度控制闭环，控制加热片阵列进行温度加热。系统可以用户需求，根据一定区域内智能皮肤温度传感器阵列的平均温度进行智能皮肤的温度控制，也可以分别根据不同区域内智能皮肤稳定传感器的温度分别进行温度控制。

本申请实施例的智能皮肤的制作方法为：将温度传感器阵列12、加热片阵列15、信息采集与处理单元13与智能皮肤本体1的制作材料在真空环境中一起灌胶，以确保制作过程中智能皮肤本体1的制作材料和温度传感器阵列12、加热片阵列15以及信息采集与处理单元13之间不存在空气。这样做可以在不破坏传感器内部结构的前提下，以大幅提高传感器阵列对智能皮肤接触环境温度变化的敏感性。

本申请实施例采用硅胶等坚固并柔顺的材料制成智能皮肤，可以真实地模拟人对环境的感知与操作，可用于模拟人类皮肤血管、关节、小皱纹、指甲等细节，自然美观；还可用于为肢体残疾患者制作功能替代假肢的外皮，或用于为身体残缺患者制作智能皮肤。本申请实施例的智能皮肤具有较好的机械强度和耐久性，结实耐用，不容易损坏，可以防止水分、污垢和灰尘进入智能皮肤包裹的部位，并且可以清洁，还可以根绝不同使用者的皮肤颜色选择智能皮肤的颜色。

与现有技术相比，本申请实施例的具有温度感觉的智能皮肤至少具有以下有益效果：

1、通过将温度传感器阵列和加热片阵列以真空埋入的方式埋入由橡胶、硅胶材料制作而成的智能皮肤内，使智能皮肤可以智能地感知接触环境的温度信息，并保证了智能皮肤的自然、美观；

2、扩大了智能皮肤的使用范围，智能皮肤本体可以形成任意人类肢体的形状，可广泛地用于肢体残疾患者的肢体皮肤功能替换、虚拟现实场景中可感知周围环境的可穿戴设备、智能机器人外层皮肤等多个其他相关场合。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本申请中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本申请所示的这些实施例，而是要符合与本申请所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。