CN107576258A - 一种用于测量连续直径变化的软体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量连续直径变化的软体传感器，涉及软体传感器技术领域，包括硅胶密封层、碳脂电极和铜锡织布导线，碳脂电极被密封于硅胶密封层内，并通过铜锡织布导线与外界电子元件相连接，组成电阻测量单元。利用碳脂电极的电阻值与碳脂电极的长度的对应关系标定传感器，在使用过程中，通过连续测量碳脂电极的电阻值即可对应得到传感器的长度，进而可以连续测量腔体直径及其变化过程。该软体传感器使用柔性和软性材料制成，具有极强的拉伸性，可适用于大变形条件下的圆柱体直径测量；该传感器为电阻型传感器，使用前只需标定一次即可重复使用，精度高且重复性好；具有结构简单、应用广泛、成本低廉的优点。

Description

一种用于测量连续直径变化的软体传感器

技术领域

本发明涉及的是一种软体传感器领域的技术，具体是一种用于测量连续直径变化的软体传感器。

背景技术

软体机器人技术作为一门新兴的学科受到了世界研究者的广泛关注，相对于传统的刚性机器人，软体机器人可以通过气动、电动等方式产生大变形，进而完成与刚性机器人等同的动作，得益于软体机器人柔软的特性，软体机器人可实现某些刚性机器人无法实现的动作。软体机器人一般采用柔软材料如硅胶制成，在结构中多采用了圆柱形的腔体部件。当对圆柱形腔体施加气压时，腔体会发生膨胀，产生所需要的变形。撤去气压后，腔体会收缩回原状。测量圆柱形腔体的直径变化将有助于设计与控制。

经过对现有技术的检索，未发现有专门设计于测量此类软体圆柱形腔体直径变形的传感器。在实际实验中，实验者多直接用尺子进行测量，但这种方法存在较大误差，且每次测量均存在很大的主观因素影响，只能应用于粗略测量的条件。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于测量连续直径变化的软体传感器，适用于大变形条件下的圆柱体直径测量，要求测量精度高、重复性好，并且具有成本低廉，制作工艺简单，实际应用广泛等特点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种用于测量连续直径变化的软体传感器，该软体传感器以硅胶作为基底材料，以碳脂作为导电电极，以铜锡织布作为导线，具有良好的导电性能和极强拉伸性，且该传感器成本低廉，制作工艺简单。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种用于测量连续直径变化的软体传感器，包括密封层、碳脂电极和导线，所述碳脂电极被密封于所述硅胶密封层内，并通过所述导线与外界电子元件相连接，所述密封层具有绝缘性，所述碳脂电极和所述导线具有导电性。

进一步地，所述密封层材料为硅胶材料。

进一步地，所述硅胶材料为Ecoflex30硅胶，可与皮肤接触，具有极强柔弹性，无粘性，拉伸性能优良。

进一步地，所述密封层中设有流道，所述流道被用于填充所述碳脂电极。

进一步地，所述导线为铜锡织布导线。

进一步地，所述碳脂电极采用的材料为碳脂。

进一步地，所述的软体传感器类型为电阻型传感器

进一步地，所述碳脂电极的电阻值与所述碳脂电极的长度成函数关系。

进一步地，所述碳脂电极的电阻值与所述碳脂电极的长度成二次函数关系。

进一步地，所述碳脂电极的电阻值与所述碳脂电极的长度的关系用一次函数简化近似表达。

进一步地，所述的软体传感器形状为圆环状。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的软体传感器结构示意图；

图2是所述软体传感器样品实验拉伸时，碳脂电极电阻值与传感器内周长度的变化关系曲线图；

其中，1为硅胶密封层，2为碳脂电极，3为铜锡织布导线。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例：

如图1所示，一种用于测量连续直径变化的软体传感器，包括：硅胶密封层1、碳脂电极2和铜锡织布导线3，其中碳脂电极2位于硅胶密封层1中，并通过铜锡织布导线3与外界电子元件连接。

如图1所示，所述硅胶密封层1采用硅胶材料，具体为Ecoflex 30硅胶，具有良好的绝缘性、极强柔弹性，拉伸性能优良，并且无粘性、可与皮肤直接接触。

所述硅胶密封层1中设有流道，所述碳脂电极2采用碳脂材料，填充于所述流道中。

所述铜锡织布导线3为一对铜锡织布制成的导线，具有良好导电性和极强拉伸性，一端与所述碳脂电极2相联，另一端与外界电子元件连接，构成电阻测量单元，用于测量所述碳脂电极2的电阻值。

流道内的碳脂的电阻表达式为：

其中ρ为碳脂电阻率，A为流道横截面积，l为碳脂电极长度，V为碳脂电极总体积。

由公式可知，碳脂的电阻值与电极长度为二次关系；在一定范围内，碳脂的电阻与电极长度的关系可以用一次函数简化近似表达。

本实施例中，所述的软体传感器类型为电阻型传感器，形状为圆环状。

在使用过程中，将所述传感器套在圆柱腔体上，当腔体膨胀时，腔体周长增大，传感器的内周长随之增大，碳脂流道被拉长，宽度和厚度减小，电阻变大。当气腔回缩时，腔体周长减小，传感器的内周长随之减小，碳脂流道回缩，宽度和厚度增大，电阻减小。在本实施例中，碳脂电极2电阻值与传感器内周长度的变化关系曲线如图2所示，图中，横坐标拉伸比表示传感器内周长度的相对变化程度，纵坐标表示碳脂电极2的电阻相对值。

由图2可知，所述软体传感器电阻值和传感器内周长度线性关系良好，利用图示的拟合曲线对传感器进行标定，可得到电阻值与传感器内周长度的换算关系。

在本实施例中，通过连续测量碳脂电极2的电阻值，即可以得到传感器内周长度及其变化过程，进而连续测出被测圆柱腔体的直径及其变化值。

与现有技术相比，本发明设计了一种可用于测量连续直径变化的软体传感器，该软体传感器使用柔性和软性材料制成，具有极强的拉伸性，可适用于大变形条件下的圆柱体直径测量；该传感器为电阻型传感器，使用前只需标定一次即可重复使用，精度好且重复性好；且该传感器结构简单，成本低廉。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于测量连续直径变化的软体传感器，包括密封层、碳脂电极和导线，其特征在于，所述碳脂电极被密封于所述硅胶密封层内，并通过所述导线与外界电子元件相连接，所述密封层具有绝缘性，所述碳脂电极和所述导线具有导电性。

2.如权利要求1所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述密封层材料为硅胶材料。

3.如权利要求2所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述硅胶材料为Ecoflex30硅胶。

4.如权利要求1所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述密封层中设有流道，所述流道被用于填充所述碳脂电极。

5.如权利要求1所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述导线为铜锡织布导线。

6.如权利要求1所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述碳脂电极采用的材料为碳脂，所述碳脂电极的电阻值与所述碳脂电极的长度成函数关系。

7.如权利要求6所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述碳脂电极的电阻值与所述碳脂电极的长度成二次函数关系。

8.如权利要求6所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述碳脂电极的电阻值与所述碳脂电极的长度的关系用一次函数简化近似表达。

9.如权利要求1所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述软体传感器的形状为圆环状。

10.如权利要求1所述的用于测量连续直径变化的软体传感器，其特征在于，所述软体传感器为电阻型传感器。