一种机器人智能皮肤及相应的机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人智能皮肤及相应的机器人。

背景技术：

机器人的应用十分广泛，比如在工业，服务，探索，医疗照护以及生活陪伴等领域，都需要具有人工智能的机器人。而目前机器人存在对周边环境缺乏感知能力以及在跟人类或者生物互动的时候存在不安全性等问题。且大部分机器人是塑胶硬体机器人，不具备人类的一些触感和感官特征。在日常互动过程中，机器人生硬的皮肤会极大的降低使用者的体感。现有技术、解决方案及仍存在的问题：部分机器人对机器人脸部做类似人类皮肤植入，使得更接近人类，但不存在生物特征且价格高昂，而且仅限于局部。另一种是基于电容薄膜的检测接触式机器人，存在生物感触特征但是不具有温度特征及外表特征。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种机器人智能皮肤及相应的机器人，其不仅可以具有人类的体温和触感，还具有一定的识别所接触的物体的能力，极大的提高了使用者的舒适度。

本实用新型提供一种机器人智能皮肤，包括表皮层、真皮层以及粘结层；

所述表皮层固定设置在所述真皮层的上表面；

所述粘结层固定设置在所述真皮层的下表面；

所述真皮层上设有第一控制单元，所述第一控制单元包括第一控制板以及与所述第一控制板电性相连的加热元件、温度传感器和压力传感器；所述第一控制板还与机器人本体中的第二控制单元电性相连，并接收第二控制单元发出的控制信号以控制加热元件、温度传感器和压力传感器的工作状态。

进一步地，所述第一控制板包括加热控制模块、温度控制模块以及压力控制模块；所述加热控制模块与所述加热元件电性相连，所述温度控制模块与所述温度传感器电性相连，所述压力控制模块与所述压力传感器电性相连；所述加热控制模块、温度控制模块以及压力控制模块还分别与第二控制单元电性相连。

进一步地，所述第一控制单元还包括安全回路模块，所述第一控制板通过所述安全回路模块与所述第二控制单元电性相连。

进一步地，所述安全回路模块包括开关以及监控模块，所述开关与第一控制单元电性相连；所述监控模块通过开关与第一控制板电性相连以监控所述第一控制板的电流信息，并将所述电流信息反馈至所述第二控制单元以控制开关的工作状态。

进一步地，所述第一控制单元和第二控制单元均由外部电源模块供电。

进一步地，所述第一控制单元还包括续电器，所述续电器用于当检测到外部电源模块供电异常时，为所述第一控制单元以及第二控制单元供电。

进一步地，所述第一控制单元还包括信息接收模块，所述加热元件、温度传感器和压力传感器通过所述信息接收模块与所述第二控制单元电性相连。

进一步地，所述表皮层和粘结层的材料均为柔性硅橡胶材料，所述粘结层的材料为柔性高分子介电材料。

进一步地，所述粘结层包括基底，所述基底的上表面设置在所述真皮层的下表面上，所述基底的下表面设置有高分子粘结促进剂，以使基底的下表面与机器人的本体相粘接。

另一方面，本实用新型还提供一种机器人，所述机器人包括机器人本体以及如上所述的机器人智能皮肤，所述机器人智能皮肤覆盖于所述机器人本体的表面。

本实用新型实施例提供的机器人智能皮肤可用于机器人本体以构成具有智能皮肤的机器人，使得该机器人时其智能皮肤不仅可根据需求调节温度的大小，如控制在人体温度范围，还能通过压力传感器准确判断物品的所需力度，同时还有一定的防碰撞能力，极大的提高了用户在与机器人本体接触时的舒适度；另外，本实施例通过安全回路模块的设置，还能够为机器人智能皮肤及机器人本体提供更有安全保障的工作环境。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的机器人智能皮肤的结构示意图。

图2是本实用新型提供的的机器人智能皮肤的电路结构图。

图3是本实用新型提供的的机器人智能皮肤的另一电路结构图。

图4是本实用新型提供的的机器人智能皮肤的又一电路结构图。

附图标记：1、表皮层；2、真皮层；3、粘接层；4、机器人本体；5、第一控制单元；6、第一控制板；7、加热元件；8、温度传感器；9、压力传感器；10、第二控制单元；11、加热控制模块；12、温度控制模块；13、压力控制模块；14、安全回路；15、开关；16、监控模块；17、外部电源模块；18、续电器；19、信息接收模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1、图2和图3所示，为本实用新型实施例提供的机器人智能皮肤的结构示意图，具体包括表皮层1、真皮层2以及粘结层3；所述表皮层1固定设置在所述真皮层2的上表面；所述粘结层3固定设置在所述真皮层2的下表面；所述真皮层2上设有第一控制单元5，所述第一控制单元5包括第一控制板6以及与所述第一控制板6电性相连的加热元件7、温度传感器8和压力传感器9；所述第一控制板6还与机器人本体4中的第二控制单元10电性相连，并接收第二控制单元10发出的控制信号以控制加热元件7、温度传感器8和压力传感器9的工作状态。

具体的，表皮层1可以是通过粘结剂粘贴在真皮层2的上表面，粘结层3也可以是通过粘结剂粘贴在真皮层2的下表面，具体的固定方式在这里不做限定。表皮层1在通过粘贴的方式粘贴在真皮层2的上表面后，可以用于避免真皮层2直接暴露在外部环境中，还能起到保护设置在真皮层2上的第一控制单元5的作用。粘结层3用于避免真皮层2直接与机器人本体4的金属表面接触。加热元件7用于加热真皮层2的温度，其最高加热温度不超过38摄氏度，一般情况下通过加热元件7的加热让真皮层2的温度保持在25-27摄氏度之间，这个温度范围接近人类的体表温度范围，使得机器人的皮肤能够拥有与人类一样的触感。使用者在触碰机器人时，不会有冰冷的金属感，从而提高使用者的体验。温度传感器8用于监控加热元件7和真皮层2的温度以及将温度转换为温度信号，并将温度信号反馈至第二控制单元10。压力传感器9用于感知机器人在日常活动中接触到的人或者事物所产生的压力以及将压力转换为压力信号，并将压力信号反馈至第二控制单元。

第二控制单元10在接收到温度信号和压力信号后，结合实际情况，发出控制信号给第一控制板6从而控制加热元件7、温度传感器8和压力传感器9的工作状态。比如当温度传感器8监测到加热元件7的加热温度过高时，温度传感器8将监测到的温度转换为温度信号，然后反馈给第二控制单元10，第二控制单元10发出控制信号给第一控制板6，第一控制板6通过降低流经加热元件7的电流从而降低加热元件7的加热温度，或者当压力传感器9感知到机器人接触到的物体是易碎物品时，比如在抓取鸡蛋时，压力传感器9将监测到的压力转换为压力信号，并将压力信号反馈至第二控制单元10，第二控制单元10在接收到压力信号后，判断其为易碎物品，并发出相应的控制信号给到第一控制板6，第一控制板6控制压力传感器9以使得机器人的抓取力度在鸡蛋可承受的范围内，从而顺利抓取鸡蛋。

综上所述，本发明实施例结构简单，通过加热元件7、温度传感器8、压力传感器9和第一控制单元5以及第二控制单元10的控制，使得机器人具有人类的体表温度和压力感知能力，大大提高了使用者的体感。

在一实施例中，所述第一控制板6包括加热控制模块11、温度控制模块12以及压力控制模块13；所述加热控制模块11与所述加热元件7电性相连，所述温度控制模块12与所述温度传感器8电性相连，所述压力控制模块13与所述压力传感器9电性相连；所述加热控制模块11、温度控制模块12以及压力控制模块13还分别与第二控制单元10电性相连。

具体的，加热控制模块11用于控制加热元件7；温度控制模块12用于控制温度传感器8，压力控制模块13用于控制压力传感器9。第二控制单元10通过分别控制加热控制模块11、温度控制模块12和压力控制模块13来控制加热元件7、温度传感器8和压力传感器9的工作状态。并且，当其中一个控制模块出现故障时，剩下的两个控制模块依然可以正常工作，不至于使得整个智能皮肤瘫痪。同时还可以降低因采用一个控制板而导致的温度信号和压力信号在传输过程中的丢失和混乱的概率。

在一实施例中，所述第一控制单元5还包括安全回路模块14，所述第一控制板6通过所述安全回路模块14与所述第二控制单元10电性相连。其中，所述安全回路模块14用于保护整个电路的安全性能，避免短路或者漏电等情况的发生，即确保机器人智能皮肤工作的稳定性和安全性。

在进一步地实施例中，所述安全回路模块14包括开关15以及监控模块16，所述开关15与第一控制单元5电性相连；所述监控模块16通过开关15与第一控制板6电性相连以监控所述第一控制板6的电流信息，并将所述电流信息反馈至所述第二控制单元10以控制开关15的工作状态。

具体的，如图3所示，当监控模块16监控到流经第一控制板6的电流过大时，监控模块16将这一信息反馈给第二控制单元10，第二控制单元10发出控制指令，使得开关15断开，切断对第一控制单元5的供电；当监控模块16监控到流经第一控制板6的电流符合使用标准时，即流经的电流不大，不会发生漏电触电等事故时，监控模块16将信息反馈给第二控制单元10，第二控制单元10发出控制指令，使得开关15闭合，从而恢复对第一控制单元5供电。

在一实施例中，所述第一控制单元5和第二控制单元10均由外部电源模块17供电。其中，所述外部电源能够为机器人智能皮肤供电，也可以为机器人本体进行供电。再者，外部电源模块17可以是来自机器人本体的电源，也可以是一个独立的但是是挂靠在机器人本体内部的电源，其具体的形式在这里不做限定。正常情况下，外部电源模块17为第一控制单元5和第二控制单元10提供电源以确保机器人的各项功能正常运作。另外，所述外部电源可以为低直流电压，其供电电压可以不超过24v，从而进一步保证机器人智能皮肤以及机器人本体工作的安全性。当然，根据不同的需求，所述外部电源的供电电压还可设置在其他合理的电压范围内，即在本实施例中所述外部电源的供电电压的大小并不做限定。

在进一步地实施例中，所述第一控制单元5还包括续电器18，所述续电器18用于当检测到外部电源模块17供电异常时，为所述第一控制单元5以及第二控制单元10供电。

具体的，当外部电源模块17出现故障时，续电器18可以临时作为备用电源，继续为第一控制单元5和第二控制单元10提供电源，保障各项功能正常运作。

在一实施例中，所述第一控制单元5还包括信息接收模块19，所述加热元件7、温度传感器8和压力传感器9通过所述信息接收模块19与所述第二控制单元10电性相连。

具体的，信息接收模块19用于分别接收来自温度传感器8和压力传感器9的温度信号和压力信号，并将温度信号和压力信号集中处理后反馈至第二控制单元10，第二控制单元10接收到温度信号和压力信号后，根据实际情况，发出相应的控制指令加热控制模块11、温度控制模块12和压力控制模块13，进而控制加热元件7、温度传感器8和压力传感器9。经过信息接收模块19处理过的温度信号和压力信号，可以保证在传输过程不易丢失，提高其信号的质量。

在一实施例中，所述表皮层1和粘结层3的材料均为柔性硅橡胶材料，所述粘结层3的材料为为柔性高分子介电材料。

具体的，采用表皮层1和真皮层2采用柔性硅橡胶材料可以使得机器人的触感更具真实感，更接近人类的皮肤的触感。同时在表皮层1设计有一定的纹路以增加视觉和触觉的真实感，还能够提高在抓取物体时的摩擦力，从而提高抓力。表皮层1的颜色也可以根据使用者的要求，在制作的时候，加入相应的色素粉进行调配。粘结层3的材料采用柔性高分子材料目的是为了具有绝缘效果，使得机器人智能皮肤表面不会因发生漏电而出现伤人的事故，同时也是为了更好的保护真皮层2的各个模块和单元。

在一实施例中，所述粘结层3包括基底，所述基底的上表面设置在所述真皮层2的下表面上，所述基底的下表面设置有高分子粘结促进剂，用于粘结由塑料或者金属制作的机器人本体。

具体的，粘结的基底设有高分子粘结促进剂，目的是为了更好的跟机器人本体4的外表面含有金属或者塑料的部分粘贴在一起，使得机器人皮肤不容易脱落。

另外，本实用新型实施例还提供一种机器人，所述机器人包括机器人本体以及如上述实施例所述的机器人智能皮肤，所述机器人智能皮肤覆盖于所述机器人本体的表面。

本实用新型实施例中机器人的智能皮肤的具体组成结构、电路连接关系以及相应的工作原理已经在上述智能皮肤的实施例中进行了详细阐述，故不在此赘述。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。