匀强电场型机器人触觉传感器及其检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于传感技术领域，特别涉及一种能够检测碰撞接触位置的匀强电场型机 器人触觉传感器及其检测方法。
【背景技术】
[0002] 触觉在人与环境的交互中具有十分重要的现实意义，对于机器人而言，触觉传感 器是机器人获取外界信息的有效途径，通过获取触觉信息，机器人能及时做出必要的响应， 提高应对环境的能力。随着MEMS技术的不断发展以及各种敏感材料的出现，为研制机器人 触觉传感器奠定了良好基础。
[0003] 专利（CNlO1059380 )发明了 一种柔性电容式触觉传感器，可贴附在任意表面，能同 时感受法向力和切向力的大小，但是其采用阵列式结构，敏感材料的制备工艺较复杂，阵列 各不同部分由于生产流程、制作工艺技术的非同一性，对同一个传感器阵列的不同部分的 特性也会出现非均一性。专利（CN203965077)发明了一种柔性薄膜触觉传感器，采用静电 诱导的方法在基体上制作成对柔顺电极层，形成三明治结构柔性薄膜，具有可剪裁为任意 形状，挠性好等特点，但其复合薄膜电极的工艺制作过程需要控制的因素较多，难以保证每 次制造的电极都能符合要求。相比之下，本发明采用非阵列式柔性结构，材料和结构配件制 备简单，不存在材料制备的工艺复杂和不均一性等问题，良好的柔性同样可以贴附在任意 表面，对非规则曲面的测量不会存在误差过大等问题。
【发明内容】
[0004] 鉴于此，本发明的目的是提供一种匀强电场型机器人触觉传感器及其检测方法。 采用的材料均具有柔性，能够有效地检测碰撞位置，具有体积小，结构简单，工艺制作简单， 成本低，较高的柔性的特点。
[0005] 本发明采用以下方案实现：一种匀强电场型机器人触觉传感器，包括上柔性层、网 状隔层以及下柔性层，所述上柔性层与下柔性层均由一导电面和一绝缘面贴合组成，且所 述导电面作为上柔性层与下柔性层的内表面，所述上柔性层与下柔性层的导电面分别直接 贴附于所述网状隔层的上下两面；所述上柔性层导电面的两对边与下柔性层导电面的另外 两对边均设有平行的线状电极，且所述上柔性层上设置的平行线状电极与所述下柔性层上 设置的平行线状电极拼成尺寸封闭的矩形；所述上柔性层的线状电极与所述下柔性层的线 状电极相互垂直布置。
[0006] 进一步地，所述绝缘面作为上柔性层与下柔性层的外表面，且所述绝缘面为高分 子薄膜基材；所述绝缘面上喷涂有一层具有一定导电率的用以形成所述上柔性层与下柔性 层的导电面的半导体介质。
[0007] 进一步地，所述线状电极的电导率大于所述上柔性层与下柔性层的导电面上半导 体介质的电导率10倍以上。
[0008] 进一步地，在所述上柔性层与下柔性层的外表面均贴附一层粘弹性保护膜。
[0009]本发明中所述的匀强电场型机器人触觉传感器的检测方法，其感知接触位置的机 理是基于匀强电场法，接触位置的检测过程具体包括以下步骤： 步骤Sl:在所述下柔性层导电面的一对边设有的两个线状电极之间施加一偏置直流 电压;Kse; 步骤S2 :按压触觉传感器中上柔性层绝缘面的任一位置，使所述上柔性层与下柔性层 的导电面接触，得到一接触点； 步骤S3 :将所述上柔性层的导电面作为接触点的引出线，连接至一信号采集器， 获取电压值; 步骤S4 :去除所述下柔性层的偏置直流电压_，把偏置直流电压_施加到所述上柔性 层导电面的两线状电极之间； 步骤S5:将所述下柔性层的导电面作为接触点的引出线，连接至所述信号采集器，获 取电压值約； 步骤S6 :松开按压位置，并按照如下公式计算按压位置处的接触点坐标（x，y):
其中，m为施加在两个线状电极之间的偏置直流电压值，效，％分别为所述信号采集器 采集到的接触点的电压值，分别为所述上柔性层与下柔性层线状电极间的间距。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本发明结构采用的材料均具有柔性，满 足机器人触觉传感器柔性的要求，能够大面积覆盖在机器人体表，其结构尺寸不受限制，能 够按实际需要制作；2、引线少，结构简单，信号提取与处理简单，简单的数学模型，减小CPU 计算时间，能够满足实时性的要求。3、制造工艺流程简单，材料无特殊要求，能够通过常规 方法制备，成本大大降低。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明匀强电场型机器人触觉传感器的结构简图，图中标号1为上柔性层 的绝缘面，2为上柔性层的导电面，3为网状隔层，4为下柔性层的导电面，5为下柔性层的绝 缘面，6为线状电极。
[0012] 图2为本发明上柔性层结构，图中标号1为绝缘面，2为导电面，61为线状电极。
[0013] 图3是本发明下柔性层结构，图中标号4为导电面，5为绝缘面，62为线状电极。
[0014] 图4是本发明受压时的结构截面图，图中标号11为上柔性层，3为网状隔层，22为 下柔性层。
[0015] 图5是本发明X方向位置测量原理图，图中标号11为上柔性层，22为下柔性层，62 为下柔性层的线状电极。
[0016] 图6是本发明Y方向位置测量原理图，图中标号11为上柔性层，22为下柔性层，61 为上柔性层的线状电极。
[0017] 图7是本发明位置测量原理图。
[0018]
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0020] 本实施例提供一种匀强电场型机器人触觉传感器，如图1-图4所示，包括上柔性 层11、网状隔层3以及下柔性层22,所述上柔性层11与下柔性层22均由一导电面和一绝 缘面贴合组成，且所述导电面作为上柔性层与下柔性层的内表面，所述上柔性层与下柔性 层的导电面1和4分别直接贴附于所述网状隔层的上下两面；所述上柔性层与下柔性层的 导电面的两对边均设有平行的线状电极6,且所述上柔性层的线状电极61与所述下柔性层 线状电极62拼成尺寸封闭的矩形；所述上柔性层的线状电极与所述下柔性层的线状电极 相互垂直布置。
[0021] 在本实施例中，所述绝缘面作为上柔性层与下柔性层的外表面，且所述绝缘面2 和5为高分子薄膜基材；在所述绝缘面上通过喷涂一层具有一定导电率的半导体介质，可 形成所述上柔性层与下柔性层的导电面1和4。
[0022] 在本实施例中，为了使线状电极的阻性对矩形电场产生尽可能少的影响，所述线 状电极的电导率大于所述上柔性层与下柔性层的导电面上半导体介质的电导率10倍以 上。
[0023] 在本实施例中，为了保护触觉传感器免受刮擦损伤，在所述上柔性层与下柔性层 的外表面均可贴附一层粘弹性保护膜。
[0024] 整个机器人触觉传感器的结构尺寸没有限制，可以按照实际用途来制造传感器的 大小。特别的，在本实施例中，柔性层的导电