力位触觉结构及力位触觉传感器的制作方法

本发明属于机器人触觉感测相关技术领域，特别是涉及一种力位触觉结构及力位触觉传感器。

背景技术：

目前大多数的柔性传感器，只能进行力及位置单独的测量，且柔性传感器内通常设置有压力监测的压力传感器，其压力传感器为刚性，使得现有的柔性传感器实现不了柔性地对位置及力的监测；而且，柔性传感器内压力传感器的体积大，不利于集成，使得现有的柔性传感器体积大，不便于安装，信号的处理量小。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术中存在的技术问题，提供一种力位触觉结构及力位触觉传感器。

具体地，一种力位触觉结构，包括触觉感知组件以及压力转换组件，所述触觉感知组件包括接触表面层、第一介质层以及第二介质层，所述第一介质层与所述第二介质层层叠设置于接触表面层一侧，所述第一介质层包括沿第一方向排列的多个第一腔体，所述第二介质层包括沿第二方向排列的且与所述第一腔体交错设置的第二腔体，所述第一腔体与所述第二腔体为一端开口的可压缩结构，所述压力转换组件包括对应所述第一腔体以及所述第二腔体的多个压力转换件，每个所述压力转换件内设有活塞，每个所述压力转换件连接于对应的所述第一腔体或者所述第二腔体的开口端，且所述活塞能够响应于对应的所述第一腔体或者所述第二腔体内气压的变化而移动。

作为本发明的优选方案，所述压力转换件包括管体，所述管体的一端与对应的所述第一腔体或者对应的所述第二腔体连接并连通，而另一端封闭；所述管体的管壁上开设有缺口，所述活塞设置在所述管体的内部。

作为本发明的优选方案，所述活塞在设于所述管体缺口位置的部分上连接有标识物，所述活塞能够带动所述标识物在所述缺口的位置往复运动。

作为本发明的优选方案，所述标识物为弹性绳，所述弹性绳固接于对应的所述活塞。

作为本发明的优选方案，所述压力转换组件上用以与所述第一腔体连接并连通的多个压力转换件集成并形成为第一层压力转换组件，所述第一层压力转换组件内压力转换件上的弹性绳连接为一体；及/或，所述压力转换组件上用以与所述第二腔体连接并连通的多个压力转换件集成并形成为第二层压力转换组件，所述第二层压力转换组件内压力转换件上的弹性绳连接为一体。

作为本发明的优选方案，所述活塞上连接有弹性元件，所述弹性元件能够驱动所述活塞在对应的所述管体内复位。

作为本发明的优选方案，所述第一腔体及/或所述第二腔体与所述管体通过密封软管连接并连通。

作为本发明的优选方案，多个所述第一腔体所在的第一方向与多个所述第二腔体所在的第二方向相互垂直。

作为本发明的优选方案，所述第一腔体的横截面及所述第二腔体的横截面均设为半圆筒状结构，且所述第一腔体与所述第二腔体相接触的端面均为圆弧状结构。

本发明还请求保护一种力位触觉传感器，其特征在于：包括上述任一所述力位触觉结构，以及视觉处理系统，所述视觉处理系统能够监测每个所述压力转换件内活塞的运动。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明所提供的力位触觉结构及力位触觉传感器，能够将接触表面层受力后产生的压力变化转换为活塞的运动，以此避免压力传感器的使用，使得该力位触觉传感器能够快速地测量力和受力的位置，具有更高的柔顺性及测量灵活度，并提高该力位触觉传感器对应信号的处理量；同时便于该力位触觉传感器结构的集成，进而起到便于该力位触觉传感器的安装及使用。

附图说明

图1为本发明一实施方式所提供的力位触觉传感器的模块框图。

图2为本发明的力位触觉传感器中触觉感知组件的结构示意图。

图3为本发明的力位触觉传感器中压力转换组件的结构示意图。

图4为本发明的力位触觉传感器中压力转换件的结构示意图。

其中，10、触觉感知组件；11、第一介质层；111、第一腔体；12、第二介质层；121、第二腔体；13、接触上表层；14、接触下表层；20、压力转换组件；201、第一层压力转换组件；202、第二层压力转换组件；21、压力转换件；211、活塞；212、管体；213、缺口；214、标识物；215、弹性元件；30、视觉处理系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明请求保护的力位触觉传感器，应用于机械手上，能够实现对位置信号及力信号的柔性监测。

请参阅图1-图4，本发明一实施方式所提供的力位触觉传感器，力位触觉结构以及视觉处理系统30，其中所述力位触觉结构包括触觉感知组件10和压力转换组件20。

所述触觉感知组件10包括接触表面层、第一介质层11以及第二介质层12，所述第一介质层11与所述第二介质层12层叠设置于接触表面层一侧，所述第一介质层11包括沿第一方向排列的多个第一腔体111，所述第二介质层12包括沿第二方向排列的且与所述第一腔体111交错设置的第二腔体121，所述第一腔体111与所述第二腔体121为一端开口的可压缩结构。需要说明的是，所述第一腔体111与所述第二腔体121设为一端封闭的结构，且受外力能够使对应的所述第一腔体111及所述第二腔体121内介质压力发生变化。需要说明的是，本实施方式的第一腔体111及/或第二腔体121内的介质呈气体状,又或者将本实施方式的第一腔体111及/或第二腔体121内的介质设为液体，具体可为盐溶液、液态金属等。

需要说明的是，所述第一方向与所述第二方向为两个不同的方向，所述第一腔体111与所述第二腔体121层叠设置，使得每个所述第一腔体111与每个所述第二腔体121之间均有一个交叉重叠的部分。所述触觉感知组件10的任意部位与目标物接触并发生相互作用时，所述第一介质层11上发生气压变化的第一腔体111，及所述第二介质层12上发生气压变化的第二腔体121，即可将对应的气压变化转移至所述压力转换组件20上，且所述压力转换组件20能够将对应的气压变化转换为运动信息，并被所述视觉处理系统30所监测；也就是说，本实施方式能够通过所述视觉处理系统30间接地获知所述第一介质层11中发生气压变化的第一腔体111，以及所述第二介质层12中发生气压变化的第二腔体121，在根据被监测到气压变化的第一腔体111及第二腔体121的原始位置，即可实现对所述触觉感知组件10与目标物相接触的位置的监测；另外，所述触觉感知组件10与目标物接触时的作用力则可以通过气压变化后所引发所述压力转换组件20上不同的运动信息，并根据一定的计算对应得出，在此就不展开阐述。也就是说，本实施方式的力位触觉传感器通过合理的结构设置，能够实现对所述触觉感知组件10与目标物接触时的位置及力的监测。

其中，多个所述第一腔体111所在的第一方向与多个所述第二腔体121所在的第二方向相互垂直，使得每个所述第一腔体111与每个所述第二腔体121接触并对应于所述触觉感知组件10的一个坐标，以此便于该力位触觉传感器工作时对与该触觉感知组件10接触的目标物的位置确认。

在本实施方式中，所述触觉感知组件10中接触表面层包括接触上表层13和接触下表层14，所述第一介质层11及所述第二介质层12设置在所述接触上表层13及所述接触下表层14之间的位置，使得该触觉感知组件10能够用所述接触上表层13及所述接触下表层14包裹所述第一介质层11及所述第二介质层12，并形成整体结构，进而起到便于该触觉感知组件10在机械手上的装配。

在本实施方式中，所述第一腔体111的横截面及所述第二腔体121的横截面设为半圆筒状结构，且所述第一腔体111与所述第二腔体121相接触的端面均为圆弧状结构。也就是说，本实施方式的第一腔体111与所述接触上表层13相接触的端面设为平面状结构，所述第二腔体121与所述接触下表层14相接触的端面设为平面状结构。以便于所述触觉感知组件10接触目标物并产生相互作用时，所述第一介质层11所对应的第一腔体111及所述第二介质层12所对应的第二腔体121能够相互挤压并产生各自气压的变化，进而具有提高该力位触觉传感器工作时，对所述触觉感知组件10与目标物之间接触位置及力的信号监测的灵敏度。

所述压力转换组件20包括多个压力转换件21，每个所述压力转换件21分别与每个所述第一腔体111及每个所述第二腔体121连接并连通，以此实现所述压力转换组件20与所述触觉感知组件10之间的装配连接。也就是说，本实施方式的压力转换件21分别与所述第一腔体111及所述第二腔体121一一对应设置。

具体地，本实施方式的压力转换件21与所述第一腔体111及/或所述第二腔体121与通过密封软管(图未示)连接并连通，所述密封软管的一端与所述第一腔体111或者所述第二腔体121的连接并连通，所述密封软管的另一端与对应的所述压力转换件21连接并连通，使得本实施方式的力位触觉传感器的触觉感知组件10与压力转换组件20独立开来，以此便于力位触觉传感器在机械臂上的安装。

在本实施方式中，所述压力转换件21内可移动地连接有活塞211，所述活塞211能够响应于对应的所述第一腔体111或者对应的所述第二腔体121内气压的变化而移动。也就是说，本实施方式的压力转换件21能够将力信号的测量转换成活塞211运动的测量，以此规避压力传感器的结构设置。

具体地，本实施方式的压力转换件21包括管体212，所述管体212的一端与对应的所述第一腔体111或者对应的所述第二腔体121连接并连通，而另一端封闭；其中所述管体212的管壁上开设有缺口213，所述活塞211设置在所述管体212的内部，且所述视觉处理系统30能够透过所述缺口213监测所述活塞211在所述管体212内部的运动。也就是说，本实施方式的管体212上的缺口213起到所述视觉处理系统30对所述活塞211运动监测的窗口作用。

其中，所述活塞211在设于所述管体212缺口213位置的部分上连接有标识物214，所述活塞211能够带动所述标识物214在所述缺口213的位置往复运动，使得所述视觉处理系统30能够通过对所述活塞211上标识物214的监测，实现对所述活塞211受对应的所述第一腔体111或者对应的所述第二腔体121的气压变化而产生的在所述管体212内运动的监测，以此起到便于所述视觉处理系统30对所述活塞211运动的监测。

具体地，本实施方式的标识物214为弹性绳，所述弹性绳固接于对应的所述活塞211。当然了需要说明的是，所述标识物214不局限于设为图示所示，本领域技术人员可根据使用的需求，将所述标识物214设为其它物件，比如固接于所述活塞211上的凸台，或者直接标注于所述活塞211上的标记线；且本实施方式的弹性绳可根据安装工况选择不同的颜色和形状的轮廓，以便于所述视觉处理系统30的识别。

进一步地，本实施方式的压力转换组件20上用以与所述第一腔体111连接并连通的多个压力转换件21集成并形成为第一层压力转换组件201，所述第一层压力转换组件201内压力转换件21上的弹性绳连接为一体；及/或，所述压力转换组件20上用以与所述第二腔体121连接并连通的多个压力转换件21集成并形成为第二层压力转换组件202，所述第二层压力转换组件202内压力转换件21上的弹性绳连接为一体。以进一步便于所述视觉处理系统30对所述压力转换组件21上弹性绳的监测。

另外，需要说明的是，所述第一层压力转换组件201上压力转换件21的管体212的封闭端能够与所述第二层压力转换组件202上压力转换件21的管体212的封闭端贴合设置，使得本实施方式的压力转换件21集中设置，以进一步便于所述视觉处理系统30对所述压力转换组件21上活塞211运动的监测。

在本实施方式中，所述活塞211上连接有弹性元件215，所述弹性元件215能够驱动所述活塞211在对应的所述管体212内复位，使得当所述活塞211失去气压的推动后，所述弹性元件215能够驱动所述活塞211复位。需要说明的是，所述弹性元件215具体可为具有弹性的硅胶片，所述硅胶片的一端抵靠在所述管体212缺口213的侧壁或者直接抵靠在所述管体212的封闭端上，且所述活塞211带动所述硅胶片抵压所述管体212缺口213侧壁并发生形变，当所述活塞211失去气压推力后，所述硅胶片能够在自身材料的弹性复位下带动所述活塞211复位。

所述视觉处理系统30能够监测每个所述压力转换件21内活塞211的运动，以此实现对所述压力转换件21内活塞211运动的监测。

可以理解，本实施方式的视觉处理系统30可根据使用的需求包括摄像机，及用于处理由摄像机工作时获取活塞211运动情况的芯片处理系统，且所述芯片处理系统能够根据所述活塞211的运动情况在一定的计算下得出对应的所述触觉感知组件10与目标物接触的位置及力的大小，进而达到该力位触觉传感器工作时对位置及力检测的功能。

综上，本发明所提供的力位触觉结构及力位触觉传感器，能够将接触表面层受力后产生的介质压力变化转换为活塞的运动，以此避免压力传感器的使用，使得该力位触觉传感器能够快速地测量力和受力的位置，具有更高的柔顺性及测量灵活度，并提高该力位触觉传感器对应信号的处理量；同时便于该力位触觉传感器结构的集成，进而起到便于该力位触觉传感器的安装及使用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，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发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。