CN100348387C - 机器人触觉传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及应用于机器人的触觉传感器。本发明由上至下依次包括复合封装层、微单元间隔离的阵列状导电橡胶敏感层、电极和厚膜电路。复合封装层包括表面的外层保护橡胶层和其下部的内层公共导电橡胶层。导电橡胶敏感层包括成平面阵列间隔分布的绝缘橡胶和导电橡胶。电极与导电橡胶敏感层的导电橡胶连通，并且按照行列均匀平面分布。厚膜电路包括多选一模拟开关、译码器、计数器和运算放大器的集成电路裸片及相应的电路板。本发明中将采样电路的各种功能以厚膜电路的形式当地化，集成于传感器部位，不仅使传感器的抗干扰性能大大提高，还实现了传感器的小型化和外接引线数量的降低。这种介于分离电路和专用集成电路之间的触觉传感器采样电路的实现方法，降低了小批量电路试制的技术风险。

Description

机器人触觉传感器
技术领域
本发明属于传感技术领域，尤其涉及一种应用于机器人的触觉传感器。
背景技术
机器人触觉在机器人感觉系统中占有非常重要的地位，它具有视觉等其他感觉无法替代的功能。视觉一般须借助光照完成，当光照受限时，与人的感觉一样，触觉的重要性就突显出来。更为重要的是，触觉还能感知物体的一些表面特性和物理性能：柔软性、硬度、弹性、粗糙度、材质等，因此触觉是机器人感觉系统中最重要的传感器之一。迄今为止，已有多种工作原理和结构形式的阵列触觉传感器成果诞生。Bert Tise等人开发了压阻硅橡胶制成的阵列触觉传感器；将光纤以一定的结构层叠，利用光纤受压后透过光纤的光强减弱的方法，Jenstrom等人研制了光纤阵列传感器；以压电材料PVDF为敏感材料，感压源信号直接与制作在基板上的MOSFET电荷放大器相联，可以实现压电式阵列触觉；在弹性薄膜材料两侧镀膜阵列式金属电极，当物体触压传感器时，由阵列交叉单元的金属电极极板之间所构成的电容发生改变，得到电容式触觉传感器。为得到高密度、小型和集成化的阵列触觉传感器，阵列触觉传感器的制作工艺也有很大的改进，例如，利用半导体集成制作工艺，放大、采样电路ASIC化等。由于应用场合不同，触觉传感器结构和物理原理往往也不尽相同。在阵列触觉具体应用时，传感器的表面顺应性、外接引线数量及可靠性是极其重要的因素，也是传感器是否实用的关键。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种可以提高抗干扰性能、减少外接引线的压阻式阵列触觉传感器的结构。
机器人触觉传感器由上至下依次包括复合封装层、微单元间隔离的阵列状导电橡胶敏感层、电极和厚膜电路。
所述的复合封装层包括表面的外层保护橡胶层和其下部的内层公共导电橡胶层。
所述的导电橡胶敏感层包括成平面阵列间隔分布的绝缘橡胶和导电橡胶；所述的导电橡胶为电阻值可以改变的的敏感材料，当导电橡胶受压时，其两端部间的电阻值变小。
所述的电极与导电橡胶敏感层的导电橡胶连通，并且按照行列均匀平面分布。
所述的厚膜电路包括多选一模拟开关、译码器、计数器和运算放大器的集成电路裸片及相应的电路板；计数器输出端与译码器的输入端连接，译码器的输出端与多选一模拟开关的选通接口连接，多选一模拟开关输出端连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端就是厚膜电路的信号输出；所述的厚膜电路与复合封装层的内层公共导电橡胶层连通。
多选一模拟开关、译码器、计数器和运算放大器的集成电路裸片均可以通过购买取得。将多选一模拟开关、译码器、计数器和运算放大器四种型号的集成电路裸片绑定在电路板上也是成熟技术。
本发明的机器人触觉传感器将采样电路的各种功能以厚膜电路的形式当地化，集成于传感器部位，这种独特的结构与组合方式不仅使传感器的抗干扰性能大大提高，还实现了传感器的小型化和外接引线数量的降低。这种介于分离电路和专用集成电路之间的触觉传感器采样电路的实现方法，降低了小批量电路试制的技术风险。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中导电橡胶敏感层的结构示意图；
图3为图1中厚膜电路的电路示意图。
具体实施方式
如图1所示，机器人触觉传感器由上至下依次包括由表面的外层保护橡胶层11和其下部的内层公共导电橡胶层12组成的复合封装层、微单元间隔离的阵列状导电橡胶敏感层13、电极14和厚膜电路15。每个电极14与导电橡胶敏感层13的多点导电橡胶22连通，并且按照行列均匀平面分布。如图2所示，导电橡胶敏感层13包括成平面阵列间隔分布的绝缘橡胶21和导电橡胶22。如图3所示，厚膜电路15包括多选一模拟开关、译码器、计数器和运算放大器的集成电路裸片及相应的电路板。计数器输出端与译码器的输入端连接，译码器的输出端与多选一模拟开关的选通接口连接，多选一模拟开关输出端连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端就是厚膜电路15的信号输出。厚膜电路15共有六根引出线，分别是：正负电源线、地线、地址复位线、地址脉冲线和信号输出线。
传感器通过金属封装直接安装在机械手的手指上，当传感器接触到被抓取的工件时，受压敏感区域对应的导电橡胶敏感层产生压力，对应触觉单元(导电橡胶敏感层中的微单元间隔离的阵列状的导电橡胶)两侧的电阻发生变化，经电极导入采样电路(即厚膜电路)，转换成电压输出。复合封装层的内层公共导电橡胶层构成柔软的公共电极，与采样电路“地”连接，具有良好的屏蔽效果。工作中，对应触觉单元地址的脉冲信号(脉冲个数与触觉单元的编号相对应)输入厚膜电路的计数器，得到编码值，由译码器完成译码，选通与所给定的脉冲数相对应的触觉单元，连接运算放大器，使该触觉单元的电阻值变化直接反映为运算放大器的输出电压变化，由此推得触觉单元所受到的压力值。计数器复位时，计数器送出的编码值为零。

Claims (1)

1、机器人触觉传感器，其特征在于由上至下依次包括复合封装层、微单元间隔离的阵列状导电橡胶敏感层(13)、电极(14)和厚膜电路(15)；
所述的复合封装层包括表面的外层保护橡胶层(11)和其下部的内层公共导电橡胶层(12)；
所述的导电橡胶敏感层(13)包括成平面阵列间隔分布的绝缘橡胶(21)和导电橡胶(22)；所述的导电橡胶(22)为电阻值可以改变的的敏感材料，当导电橡胶(22)受压时，其两端部间的电阻值变小；
所述的电极(14)与导电橡胶敏感层(13)的导电橡胶(22)连通，并且按照行列均匀平面分布；
所述的厚膜电路(15)包括多选一模拟开关、译码器、计数器和运算放大器的集成电路裸片及相应的电路板；计数器输出端与译码器的输入端连接，译码器的输出端与多选一模拟开关的选通接口连接，多选一模拟开关输出端连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端就是厚膜电路的信号输出；所述的厚膜电路(15)与复合封装层的内层公共导电橡胶层(12)连通。
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