CN104552342B - 一种机器人安全皮肤及制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人安全皮肤，包括绝缘基层、平面导电层、中间弹性筛网绝缘层、点阵凸起导电层、上绝缘层、上引线、下引线；绝缘基层和平面导电层胶合为一体，点阵凸起导电层和上绝缘层胶合为一体，平面导电层和和点阵凸起导电层之间由中间弹性筛网绝缘层填充，上引线与点阵凸起导电层相连，下引线与平面导电层相连。本发明的有益效果是：该机器人安全皮肤采用了中间弹性筛网绝缘层分离了平面导电层和点阵凸起导电层，当该安全皮肤表面遇阻障碍物时中间弹性筛网绝缘层被压缩导致平面导电层和点阵凸起导电层短路，从而向机器人控制系统发出危险信号并停止机器人工作保障安全。

Description

一种机器人安全皮肤及制备和使用方法
技术领域
本发明涉及一种机器人安全皮肤。
背景技术
在机器人工作的区域往往有人参与其中，当人不注意的时候就会被机器人碰到而产生危险；为解决这一问题，目前大多采用防护网防护、光幕防护、光电传感器防护、视觉探测防护、热释传感器防护等方法；但这些防护方法都有着占用空间大的缺点。
智能化是机器人科学研究主要发展方向之一，机器人的智能主要表现在未知障碍环境中自主工作能力，这是在空间和海洋探索、军事作战、危险环境作业，甚至在未来的服务业中工作的机器人都必须解决的理论与技术；机器人在未知环境中自主工作必须具有环境感知和实时决策能力，机器人敏感皮肤的研究正是在这种需求上发展起来的，它可以极大地改善机器人的环境感知能力，提高其自主工作能力；目前这一领域研究十分活跃，国内，重庆大学李平研制了由理想智能的石英压电材料所构成一种智能化机器人敏感皮肤；张玲研制了一种聚偏氟乙烯(PVDF)仿生皮肤；哈尔滨工程大学理学院林晓艳研制一种光纤智能皮肤；国外，日本佐贺大学信太教授研究室利用压感导电橡胶研制触觉传感系统；在1992～1993年间耶鲁大学(美)电子工程系Cheung等提出了一种机器人敏感皮肤系统；剑桥大学人工智能实验室Antonio Bicchi等详细介绍了各种接触式力敏传感器；意大利比萨(Pisa)临床生理学研究所和莫德纳(Modena)大学物理系分别提出一种压电材料触觉传感器阵列及基于压电特性的高精度谐振压力传感器，但这些机器人皮肤都处于研究阶段，还不能投入工业应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可投入工业应用的机器人安全皮肤，实现机器人在工作中碰到阻碍时立即感知并停止工作避免危险。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可投入工业应用的机器人安全皮肤，包括绝缘基层、平面导电层、中间弹性筛网绝缘层、点阵凸起导电层、上绝缘层、上引线、下引线，绝缘基层和平面导电层胶合为一体，点阵凸起导电层和上绝缘层胶合为一体，平面导电层和和点阵凸起导电层之间由中间弹性筛网绝缘层填充；且点阵凸起导电层的凸起插入中间弹性筛网绝缘层的网格孔内，在压力的作用下点阵凸起导电层的凸起点能与平面导电层接触，上引线与点阵凸起导电层相连，下引线与平面导电层相连。
进一步地，所述绝缘基层采用柔性绝缘膜制备而成，如绝缘布或绝缘硅胶膜。
进一步地，所述平面导电层采用具有一定柔性的金属薄膜材料等制备而成，具有良好的导电性，如金属铝板。
进一步地，所述中间弹性筛网绝缘层采用弱弹性绝缘材料制备而成，如乳胶材料。
进一步地，所述点阵凸起导电层采用具有一定柔性的金属薄板材料制备而成，如金属铝板，其下表面具有均匀排列的点阵凸起结构，点阵凸起结构与中间弹性筛网绝缘层的网格孔一一对应。
进一步地，所述上绝缘层采用柔性绝缘膜制备而成，如绝缘布或绝缘硅胶膜。
进一步的，点阵凸起导电层的凸起的高度是中间弹性筛网绝缘层厚度的一半。
所述的机器人安全皮肤的制备方法如下：绝缘基层与平面导电层在其接触面上采用胶黏剂结合为一体；上绝缘层与点阵凸起导电层在其接触面上采用胶黏剂结合为一体；中间弹性筛网绝缘层与点阵凸起导电层在其接触面上采用胶黏剂结合为一体，且点阵凸起导电层的凸起点插入中间弹性筛网绝缘层的网格孔内；中间弹性筛网绝缘层与平面导电层在其接触面上采用胶黏剂结合为一体；上引线与点阵凸起导电层相连，下引线与平面导电层相连。
本发明的有益效果是：该机器人安全皮肤采用了中间弹性筛网绝缘层分离了平面导电层和点阵凸起导电层，当该安全皮肤表面遇阻障碍物时中间弹性筛网绝缘层被压缩导致平面导电层和点阵凸起导电层短路，从而向机器人控制系统发出危险信号并停止机器人工作保障安全。
附图说明
图1是机器人安全皮肤结构图。
图2是机器人安全皮肤工作原理图。
图3是机器人安全皮肤未遇到障碍物时的应用图。
图4是机器人安全皮肤遇到障碍物时的应用图。
图5是机器人安全皮肤的一种点阵凸起导电层结构图。
图6是机器人安全皮肤的一种中间弹性筛网绝缘层结构图。
图中：1.绝缘基层, 2.平面导电层, 3.中间弹性筛网绝缘层, 4.点阵凸起导电层, 5.上绝缘层, 6.上引线, 7.下引线, 8.机器人外表面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种机器人安全皮肤，包括绝缘基层1、平面导电层2、中间弹性筛网绝缘层3、点阵凸起导电层4、上绝缘层5、上引线6、下引线7。
绝缘基层1为厚度0.5mm的硅胶膜；平面导电层2为厚度0.2mm的纯铝板；中间弹性筛网绝缘层3为厚度1.5mm的乳胶板，其上开有直径3mm的网孔阵；点阵凸起导电层4为厚度0.2mm的纯铝板，向一面凸起直径2.5mm高度0.75mm的圆柱凸起；上绝缘层5为厚度0.5mm的硅胶膜。
绝缘基层1与平面导电层2在其接触面上采用胶黏剂结合为一体；上绝缘层5与点阵凸起导电层4在其接触面上采用胶黏剂结合为一体；中间弹性筛网绝缘层3与点阵凸起导电层4在其接触面上采用胶黏剂结合为一体，且点阵凸起导电层4的圆形凸起插入中间弹性筛网绝缘层3的网格孔内；中间弹性筛网绝缘层3与平面导电层2在其接触面上采用胶黏剂结合为一体；上引线6与点阵凸起导电层4相连，下引线7与平面导电层2相连。
工作过程如下：
如图2所示，当机器人安全皮肤的上绝缘层5表面遇到障碍物受压时，上绝缘层5、点阵凸起导电层4和中间弹性筛网绝缘层3都发生变形，变形达到一定程度后点阵凸起导电层4的凸起顶面和平面导电层2将接触短接。
如图3所示，机器人安全皮肤贴置在机器人表面，并按照图3所示方式连接电路，上引线6经电阻R连接到直流电源正极VCC，下引线7与直流电源负极GND相连，在电阻R与上引线6连接点处引出线且定义其为Vo，当机器人安全皮肤上绝缘层5表面没有遇到障碍物时，Vo点输出高电平1。
如图4所示，当上绝缘层5表面遇到障碍物受压时，上绝缘层5、点阵凸起导电层4和中间弹性筛网绝缘层3都发生变形，变形达到一定程度后点阵凸起导电层4和平面导电层2将接触短接，Vo点输出低电平0。
这里的一个关键问题是当上绝缘层5表面遇到障碍物受压并变形达到一定程度后点阵凸起导电层4的凸起顶面和平面导电层2要接触短接。
图5和图6给出了一种机器人安全皮肤的结构以解决这一关键问题；如图5所示，点阵凸起导电层4上布满圆形凸起，凸起的高度是中间弹性筛网绝缘层3厚度的一半；如图6所示，中间弹性筛网绝缘层3上布满与点阵凸起导电层4上圆形凸起对应的圆形通孔，点阵凸起导电层4与中间弹性筛网绝缘层3组装后，点阵凸起导电层4上的圆形凸起插入中间弹性筛网绝缘层3的对应孔中到其厚度一半的位置，点阵凸起导电层4上的圆形凸起顶面与平面导电层2间有一定距离不会接触；当上绝缘层5表面遇到障碍物受压并变形超过中间弹性筛网绝缘层3厚度一半的时候，点阵凸起导电层4上的圆形凸起顶面与平面导电层2表面接触短接，从而经电路输出电平信号令机器人停止起到安全保护作用。

Claims (4)

1.一种机器人安全皮肤，其特征在于：所述机器人安全皮肤包括绝缘基层、平面导电层、中间弹性筛网绝缘层、点阵凸起导电层、上绝缘层、上引线、下引线，绝缘基层和平面导电层胶合为一体，点阵凸起导电层和上绝缘层胶合为一体，平面导电层和点阵凸起导电层之间由中间弹性筛网绝缘层填充；且点阵凸起导电层的凸起插入中间弹性筛网绝缘层的网格孔内，在压力的作用下点阵凸起导电层的凸起能与平面导电层接触，上引线与点阵凸起导电层相连，下引线与平面导电层相连；所述点阵凸起导电层的凸起插入中间弹性筛网绝缘层的网格孔内，压力的作用下点阵凸起导电层的凸起能与平面导电层接触指：点阵凸起导电层上布满圆柱凸起，凸起的高度是中间弹性筛网绝缘层厚度的一半；中间弹性筛网绝缘层上布满与点阵凸起导电层上圆柱凸起对应的圆形通孔，点阵凸起导电层与中间弹性筛网绝缘层组装后，点阵凸起导电层上的圆柱凸起插入中间弹性筛网绝缘层的对应孔中到其厚度一半的位置，点阵凸起导电层上的圆柱凸起顶面与平面导电层间有一定距离不会接触；当上绝缘层表面遇到障碍物受压并变形超过中间弹性筛网绝缘层厚度一半的时候，点阵凸起导电层上的圆柱凸起顶面与平面导电层表面接触短接，从而经电路输出电平信号令机器人停止起到安全保护作用；
所述绝缘基层为厚度0.5mm的硅胶膜；平面导电层为厚度0.2mm的纯铝板；中间弹性筛网绝缘层为厚度1.5mm的乳胶板，其上开有直径3mm的网孔阵；点阵凸起导电层为厚度0.2mm的纯铝板，向一面凸起直径2.5mm高度0.75mm的圆柱凸起；上绝缘层(5)为厚度0.5mm的硅胶膜。
2.如权利要求1所述的一种机器人安全皮肤，其特征在于：所述点阵凸起导电层下表面具有均匀排列的点阵凸起结构，点阵凸起结构与中间弹性筛网绝缘层的网格孔一一对应。
3.如权利要求1所述的一种机器人安全皮肤的制备方法，其特征在于步骤如下：绝缘基层上采用胶黏剂结合为一体；中间弹性筛网绝缘层与点阵凸起导电层在其接触面上采用胶黏剂结合为一体，且点阵凸起导电层的凸起插入中间弹性筛网绝缘层的网格孔内；中间弹性筛网绝缘层与平面导电层在其接触面上采用胶黏剂结合为一体；上引线与点阵凸起导电层相连，下引线与平面导电层相连。
4.如权利要求1所述的一种机器人安全皮肤的使用方法，其特征在于步骤如下：将机器人安全皮肤贴置在机器人表面，上引线经电阻R连接到直流电源正极VCC，下引线与直流电源负极GND相连，在电阻R与上引线连接点处引出线且定义其为Vo，当机器人安全皮肤上绝缘层表面没有遇到障碍物时，Vo点输出高电平1；当上绝缘层表面遇到障碍物受压时，上绝缘层、点阵凸起导电层和中间弹性筛网绝缘层都发生变形，变形达到一定程度后点阵凸起导电层和平面导电层将接触短接，Vo点输出低电平0。
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