CN107560765A - 一种机器人皮肤触感检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人皮肤触感检测系统及方法，包括：机器人外壳和机器人本体，所述机器人外壳设于所述机器人本体的外表面；所述机器人外壳，由外及内依次包括：磁性件；弹性填充材料，设于所述磁性件的内表面；采用非磁性材料的硬质外壳，设于所述弹性填充材料的内表面，且包覆于所述机器人本体的外表面；所述机器人本体包括：与所述磁性件配合的磁感应部件。本发明通过将传感器部署在机器人内部，并使用硬质外壳保护，保护传感器系统不受外力损坏；通过间接测量压力，硬质外壳不需要开孔设计，降低设计难度。

Description

一种机器人皮肤触感检测系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤指一种机器人皮肤触感检测系统及方法。

背景技术

随着机器人技术的飞速发展，人类对于机器人产品的要求不断增多，人形机器人作为形态上最接近人类的机器人种类，越来越走进人类的生活中，机器人助理、机器人管家之类的产品层出不穷，用户对于人形机器人的仿人程度提出了更高的要求，人形机器人要提高仿人的程度，就需要拥有和人类相近的感官系统，触感作为人类的重要感官之一，也就成为了机器人领域的研究重点。

传统机器人皮肤触感检测系统，参见图5，将压力传感器51固定在机器人的硬质外壳14上，外部覆盖软质外皮40，压力传感器51的信号线路需要穿过硬质外壳40传递到机器人内部60的信号接收模块61，其供电线路需要供电模块23穿过硬质外壳14提供，而且压力传感器51直接承受外部压力。

当前设计存在以下问题：

1、在使用中，压力传感器51直接承受外部压力，由于机械强度、材料老化等问题，压力传感器51容易损坏，可靠性不容易保证。

2、在设计上，需要考虑多个部件的机械强度(压力传感器51，硬质外壳14，压力传感器51的信号线和供电线)，压力传感器51的供电线和信号线等线缆需要穿过硬质外壳14，线缆固定，导致结构设计复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人皮肤触感检测方法及系统，通过将传感器部署在机器人内部，并使用硬质外壳保护，保护传感器系统不受外力损坏；通过间接测量压力，硬质外壳不需要开孔设计，降低设计难度。

本发明提供的技术方案如下：

一种机器人皮肤触感检测方法，包括：机器人外壳和机器人本体，所述机器人外壳设于所述机器人本体的外表面；所述机器人外壳，由外及内依次包括：磁性件；弹性填充材料，设于所述磁性件的内表面；采用非磁性材料的硬质外壳，设于所述弹性填充材料的内表面，且包覆于所述机器人本体的外表面；所述机器人本体包括：与所述磁性件配合的磁感应部件。

在上述技术方案中，通过将直接的压力测量改为间接的磁场强度测量，使传感器保护在硬质外壳内，外部压力不对测量系统产生直接作用力，从而提高了测量系统的耐用性；通过间接测量压力，硬质外壳不需要开孔设计，降低设计难度。

进一步，在所述机器人本体向距离所述磁感应部件最近的所述机器人外壳的延伸方向上，所述磁性件和所述磁感应部件是正对设置的。

在上述技术方案中，磁性件和磁感应部件正对设置，可以使磁场强度最大化，同时也减少对周围其他磁性件的影响。

进一步，所述机器人外壳还包括：弹性外皮，所述磁性件设置于所述弹性外皮内部或内表面。

在上述技术方案中，增加了弹性外皮包裹，用户触感更好，且对磁性件具有保护作用。

进一步，所述弹性外皮的内表面上设有安装槽，所述磁性件安装于所述安装槽中；所述安装槽的开口处设有挡部。

在上述技术方案中，给出了磁性件安装于弹性外皮的一种安装方式。

进一步，所述磁性件粘设于所述弹性外皮的内表面上。

在上述技术方案中，给出了磁性件安装于弹性外皮的另一种安装方式。

进一步，所述磁感应部件，用于检测所述磁感应部件与对应的磁性件之间的磁场强度，并将其转换为电压值；所述机器人本体还包括：电压信号接收模块，与所述磁感应部件电连接，用于根据所述磁感应部件转换的所述电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值。

在上述技术方案中，将直接的压力测量改为间接的磁场强度测量，将磁场强度转换为电压值，再由电压值计算出对应的外部压力值，如此完善了外部压力的测量。

进一步，所述磁感应部件采用霍尔传感器。

在上述技术方案中，采用霍尔传感器进行磁场强度测量，并将磁场强度转换为电压值。

进一步，所述弹性外皮采用硅胶外皮。

在上述技术方案中，因硅胶材料的弹性和吸附性好，所以建议采用硅胶外皮。

本发明还提供一种机器人皮肤触感检测方法，包括：所述磁感应部件与所述对应的磁性件之间设置有所述弹性填充材料和所述硬质外壳；检测所述磁感应部件与所述对应的磁性件之间的磁场强度，并将其转换为电压值；根据所述磁感应部件转换的所述电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值。

在上述技术方案中，提供了一种方法，将直接的压力测量改为间接测量，从而使传感器及测量系统的电路部分全部部署在机器人内部，免受外力损坏；同时，也避免了硬质外壳的开孔设计。

进一步，当所述磁感应部件对应的所述磁性件周围出现新增的磁性件时，更新所述预设对应表。

在上述技术方案中，磁性件数量发生变化时，即使其他因素没有变化，比如外界压力一直为0的情况，磁感应部件测量的磁场强度仍有可能变化，从而导致电压值也有变化，如果预设对应表不更新，将导致计算出的外部压力值错误。

通过本发明提供的一种机器人皮肤触感检测方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本发明通过将传感器部署在机器人内部，并使用硬质外壳保护，保护传感器系统不受外力损坏，提高了压力测量系统的耐用性。

2、本发明通过间接测量压力，硬质外壳不需要开孔设计，降低了设计难度。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种机器人皮肤触感检测方法及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的一种机器人皮肤触感检测系统的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的一种机器人皮肤触感检测系统的另一个实施例的结构示意图；

图3是本发明的一种机器人皮肤触感检测方法的一个实施例的流程图；

图4是本发明的一种机器人皮肤触感检测方法的另一个实施例的流程图；

图5是传统机器人皮肤触感检测系统的一个实施例的结构示意图。

附图标号说明：

10.机器人外壳，11.弹性外皮，12.磁性件，13.弹性填充材料，14.硬质外壳，20.机器人本体，21.磁性感应件，22.电压信号接收模块，23.供电模块，40.软质外皮，51.压力传感器，60.机器人内部，61.信号接收模块。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，一种机器人皮肤触感检测系统，包括：

机器人外壳10和机器人本体20，所述机器人外壳10设于所述机器人本体20的外表面；所述机器人外壳10，由外及内依次包括：

磁性件12；

弹性填充材料13，设于所述磁性件12的内表面；

采用非磁性材料的硬质外壳14，设于所述弹性填充材料13的内表面，且包覆于所述机器人本体20的外表面；

所述机器人本体20包括：与所述磁性件12配合的磁感应部件21。

具体的，所述机器人皮肤触感检测系统，由机器人外壳10和机器人本体20构成；所述机器人外壳10，由外及内依次包括磁性件12、弹性填充材料13、硬质外壳14；所述机器人本体20包括与所述磁性件12配合的磁感应部件21。

所述弹性填充材料13要求弹性好、有一定的硬度，如采用聚氨酯发泡材料，或EVA发泡材料，太软，容易导致较小的力就使弹性填充材料13发生了最大的形变，此时，外部压力加大，也无法通过形变体现。弹性填充材料可以仅仅设置在磁性件局部，也可以覆盖整个硬质外壳，优选覆盖整个硬质外壳，后续实施例也是如此。

所述采用非磁性材料的硬质外壳14，是采用硬化材料形成，比如硬质塑料，需要有足够的抗压力，才能保护机器人本体20内的元件不受外力损坏。

当机器人受到外部压力时，所述弹性填充材料13发生形变。当弹性填充材料13发生形变时，磁性件12与配合的磁感应部件21之间的磁场强度也发生变化。如此，将外部压力的变化转换成磁场强度的变化，对外部压力的测量转换成对磁场强度的测量。

一套磁性件12与配合的磁感应部件21相当于一个传统的压力传感器，机器人皮肤触感检测系统包含至少一套磁性件12与配合的磁感应部件21，每套磁性件12与配合的磁感应部件21在机器人上的部署如本实施例所述，所以此处就不再一一赘述了。

优选地，在所述机器人本体20向距离所述磁感应部件21最近的所述机器人外壳10的延伸方向上，所述磁性件12和所述磁感应部件21是正对设置的。

具体的，磁性件12和磁感应部件21正对设置，可以使磁场强度最大化，同时也减少对周围其他磁性件12的影响。

优选的，所述机器人外壳10还包括：弹性外皮11，所述磁性件12设置于所述弹性外皮11内部或内表面。

具体的，增加弹性外皮11包裹，不仅让用户触感更好，将外部压力传导到弹性填充材料13，而且对磁性件也具有保护作用。磁性件12可以设置于弹性外皮11内部，也可以设置于弹性外皮11内表面，比如弹性外皮11的内表面上设有安装槽，磁性件12粘设于安装槽内。弹性外皮11的内表面是，靠近弹性填充材料的一面。

优选地，所述弹性外皮11的内表面上设有安装槽，所述磁性件12安装于所述安装槽中；所述安装槽的开口处设有挡部。

具体的，磁性件12安装于弹性外皮的一种安装方式，裆部有助于磁性件12固定在安装槽内。

优选的，所述磁性件12粘设于所述弹性外皮11的内表面上。

具体的，磁性件12安装于弹性外皮11的另一种安装方式，磁性件12粘设于弹性外皮11的内表面上。

优选的，所述磁感应部件21，用于检测所述磁感应部件21与对应的磁性件12之间的磁场强度，并将其转换为电压值；所述机器人本体20还包括：电压信号接收模块22，与所述磁感应部件21电连接，用于根据所述磁感应部件21转换的所述电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值。

具体的，所述预设对应表为电压值-外部压力值对应表；所述电压值与外部压力值是一一映射关系，但不一定是线性关系，可通过测量得到两者之间的关系，例如设定采样精度为1N，测量0N、1N、2N、3N…，所对应的电压值，建立起测量精度为1N的转换关系。

优选的，所述磁感应部件21采用霍尔传感器。

具体的，磁感应部件21使用常见的霍尔传感器，利用霍尔效应，将磁感应强度测量，转化为电压测量，此种元件成本低，体积小，耗电低，很适合需要使用大量测量单元的传感器网络使用。

优选的，所述弹性外皮11采用硅胶外皮。

具体的，硅胶材料的弹性好、吸附性好、应用广泛，适合用于机器人外皮。

在本发明的另一个实施例中，如图2所示，一种机器人皮肤触感检测系统，包括：

机器人外壳10和机器人本体20，所述机器人外壳10设于所述机器人本体20的外表面；所述机器人外壳10，由外及内依次包括：

磁性件12；

弹性填充材料13，设于所述磁性件12的内表面；

采用非磁性材料的硬质外壳14，设于所述弹性填充材料13的内表面，且包覆于所述机器人本体20的外表面；

所述机器人本体20包括：与所述磁性件12配合的磁感应部件21；

在所述机器人本体20向距离所述磁感应部件21最近的所述机器人外壳10的延伸方向上，所述磁性件12和所述磁感应部件21是正对设置的；

所述机器人外壳10还包括：弹性外皮11，所述磁性件12设置于所述弹性外皮11内部或内表面；

所述弹性外皮11的内表面上设有安装槽，所述磁性件12安装于所述安装槽中；所述安装槽的开口处设有挡部；

所述磁感应部件21，用于检测所述磁感应部件21与对应的磁性件12之间的磁场强度，并将其转换为电压值；

所述机器人本体20还包括：

电压信号接收模块22，与所述磁感应部件21电连接，用于根据所述磁感应部件转换的电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值；

供电模块23，与所述磁感应部件21电连接，所述供电模块23用于向所述磁感应部件21供电；

所述弹性外皮11的内表面上设有安装槽，所述磁性件12安装于所述安装槽中；

安装槽的开口处设有挡部；

所述磁感应部件21采用霍尔传感器；

所述弹性外皮11采用硅胶外皮；

所述磁性件12采用磁铁。

具体的，本实施例将压力的测量由直接测量改为间接测量，所有电路部分保护在硬质外壳14内。当外部压力作用于机器人外壳10时，机器人外壳10的硅胶外皮和弹性填充材料13产生形变，硅胶外皮上的磁性件12与配合的磁感应部件21的距离发生变化，磁感应部件21测量到变化的磁场强度值，转换成电压值，传递给电压信号接收模块22。电压信号接收模块22根据电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值。

所述磁性件12安装于硅胶外皮的安装槽内，其远离于安装槽底面的一面不高于弹性外皮11的内表面，安装槽的开口设有裆部，有助于将磁性件12固定在安装槽内。

磁感应部件21使用常见的霍尔传感器，利用霍尔效应，将磁场强度，转换为电压值。

在本发明的另一个实施例中，如图3所示，一种机器人皮肤触感检测方法包括：

所述磁感应部件与所述对应的磁性件之间设置有所述弹性填充材料和所述硬质外壳；

检测所述磁感应部件与所述对应的磁性件之间的磁场强度，并将其转换为电压值；根据所述磁感应部件转换的所述电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值。

具体的，所述磁感应部件与对应的磁性件之间设置有弹性填充材料和硬质外壳，通过弹性填充材料的形变，把外部压力的变化转成磁场强度的变化；磁感应部件将磁场强度转换为电压值，电压接收模块再将电压值，查预设对应表，计算出对应的外部压力值；所述预设对应表为电压值与外部压力值的映射关系表，通过测试得到。电压值与外部压力值之间是一一映射关系。

在本发明的另一个实施例中，如图4所示，一种机器人皮肤触感检测方法包括：

所述磁感应部件与所述对应的磁性件之间设置有所述弹性填充材料和所述硬质外壳；

检测所述磁感应部件与所述对应的磁性件之间的磁场强度，并将其转换为电压值；根据所述磁感应部件转换的所述电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值；当所述磁感应部件对应的所述磁性件周围出现新增的磁性件时，更新所述预设对应表。

具体的，与前一实施例相比，本实施例增加了预设对应表的更新；所述预设对应表为电压值与外部压力值的映射关系表；当磁性件数量发生变化时，即使其他因素没有变化，比如外界压力一直为0的情况，磁感应部件测量的磁场强度仍有可能变化，从而导致电压值也有变化，如果预设对应表不更新，将导致计算出的外部压力值存在偏差，如果偏差过大，可能导致后续执行错误。一般建议，在机器人皮肤触感系统所包含的磁性件与对应的磁感应部件全部确定下来后，再进行电压值与外部压力值的映射关系测试。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人皮肤触感检测系统，其特征在于，包括：

机器人外壳和机器人本体，所述机器人外壳设于所述机器人本体的外表面；

所述机器人外壳，由外及内依次包括：

磁性件；

弹性填充材料，设于所述磁性件的内表面；

采用非磁性材料的硬质外壳，设于所述弹性填充材料的内表面，且包覆于所述机器人本体的外表面；

所述机器人本体包括：与所述磁性件配合的磁感应部件。

2.根据权利要求1所述的机器人皮肤触感检测系统，其特征在于：在所述机器人本体向距离所述磁感应部件最近的所述机器人外壳的延伸方向上，所述磁性件和所述磁感应部件是正对设置的。

3.根据权利要求1所述的机器人皮肤触感检测系统，其特征在于：

所述机器人外壳还包括：弹性外皮，所述磁性件设置于所述弹性外皮内部或内表面。

4.根据权利要求3所述的机器人皮肤触感检测系统，其特征在于：

所述弹性外皮的内表面上设有安装槽，所述磁性件安装于所述安装槽中；

所述安装槽的开口处设有挡部。

5.根据权利要求3所述的机器人皮肤触感检测系统，其特征在于：

所述磁性件粘设于所述弹性外皮的内表面上。

6.根据权利要求1所述的机器人皮肤触感检测系统，其特征在于：

所述磁感应部件，用于检测所述磁感应部件与对应的磁性件之间的磁场强度，并将其转换为电压值；

所述机器人本体还包括：

电压信号接收模块，与所述磁感应部件电连接，用于根据所述磁感应部件转换的所述电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值。

7.根据权利要求1所述的机器人皮肤触感检测系统，其特征在于：

所述磁感应部件采用霍尔传感器。

8.根据权利要求3所述的机器人皮肤触感检测系统，其特征在于：

所述弹性外皮采用硅胶外皮。

9.一种应用于上述权利要求1-8任一所述的机器人皮肤触感检测系统的机器人皮肤触感检测方法，其特征在于，包括：

磁感应部件与对应的磁性件之间设置有弹性填充材料和硬质外壳；

检测所述磁感应部件与所述对应的磁性件之间的磁场强度，并将其转换为电压值；

根据所述磁感应部件转换的所述电压值和预设对应表，计算出对应的外部压力值。

10.根据权利要求9所述的机器人皮肤触感检测系统，其特征在于：

当所述磁感应部件对应的所述磁性件周围出现新增的磁性件时，更新预设对应表。