CN108225619B - 一种触觉感应指尖 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种触觉感应指尖，包括支撑件、覆盖在支撑件外的柔性外壳，以及设置在柔性外壳和支撑件围成空腔内的中空碗状的薄簧片、应变传感器和压电块，其中薄簧片的底端设有若干个固定在支撑件上的支脚，应变传感器设置在薄簧片的支脚上，压电块设置在薄簧片的下方的支撑件上。本发明的优点是：利用分段测量的方法提高测量的量程，刻实现细微力和较大力的连续测量。

Description

一种触觉感应指尖
技术领域
本发明涉及精密测量仪器技术领域，尤其是涉及一种触觉感应指尖。
背景技术
现有高端机器人变得越来越精密和准确，它们的应用范围也随之不断扩大，细致的工作要求智能机器人具有与人类一样的感知能力，许多任务要求机器人能够在抓紧而又不损坏物品的情况下进行操作，触觉传感能通过力的传感来提供信息，最理想的触觉传感器不仅应能感知物体的形态，还应能对物体施加恰到好处的力和力矩，高端智能机器人机械手指可分辨和感知细微的力，使得指尖具备“触觉”能力，便于提高机器人对物品的辨识能力，使智能控制系统做出合适的判断，提高识别精度，使机械手动作更加精细化。
手指对于物件的触摸力的感知范围非常大，轻微的触摸往往仅有不到十分之一克的力(比如一粒米的重量)，而当手指尖使劲按压，接触力可达到一千克以上，现有手指触觉传感器要么感知细微的力，要么感知比较大的力，量程范围不能实现完全覆盖，限制了机械手指的力感知精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种触觉感应指尖，可以用来安装在机器人上起到模拟人指触觉的作用，感知精度高，可以实现分段测量。
本发明的技术解决方案是：一种触觉感应指尖，包括支撑件、覆盖在支撑件外的柔性外壳，以及设置在柔性外壳和支撑件围成空腔内的中空碗状的薄簧片、应变传感器和压电块，其中薄簧片的底端设有若干个固定在支撑件上的支脚，应变传感器设置在薄簧片的支脚上，压电块设置在薄簧片的下方的支撑件上。
支撑件起到支撑作用，起到类似机械手手指骨骼的功能，柔性外壳类似机械手手指的皮肤，覆盖在支撑件外，薄簧片呈碗状，通过底端的支脚固定在支撑件上，内部形成一个空腔，整体类似手指，容易变形，可以用来测量较轻微的受力，在薄簧片的内下方的支撑件上设置的压电块可以用来测量较大的外力，当机械手握持物体时，柔性外壳先接触物体，先挤压薄簧片使其变形，通过应变传感器获得此时挤压变形的压力大小，当机械手继续增加握力时，物体对指尖的挤压力逐渐增大，薄簧片顶端接触压电块停止变形，挤压力传递到压电块上，此时可以通过压电块获取压力的大小数值。因此，力的测量被分为两个阶段，薄簧片可以测量微小的力，压电块可以测量较大的力，分段变形测量可极大提高测量范围，使指尖的识别能力更为精细准确。
在所述压电块的顶部设有钢球，且钢球顶部与所述薄簧片内壁之间存有间隙。钢球可以传递薄簧片传导的变形力，并均匀分布在压电块上，提高测量的准确性。
在所述压电块顶部设有凹坑，所述钢球位于凹坑内。方便钢球定位，并避免受力后钢球与压电块表面的接触面发生位移，提高测量的稳定性。
在所述薄簧片内和所述压电块之间设有中空碗状的第二薄簧片，第二薄簧片的底部设有若干固定在支撑件上的第二支脚，在第二支脚上设有第二应变传感器。增设的第二薄簧片可以进一步进行分段测量，提高测量的精度。
在所述第二薄簧片顶部设有穿孔，所述钢球顶部穿过所述穿孔。
本发明的优点是：利用分段测量的方法提高测量的量程，刻实现细微力和较大力的连续测量。
附图说明
附图1为本发明实施例1的结构示意图；
附图2为本发明实施例在测量细微力时的示意图；
附图3为本发明实施例在测量较大的力时的示意图；
附图4为本发明实施例2的结构示意图；
1、支撑体，2、柔性外壳，3、薄簧片，4、支脚，5、压电块，6、应变传感器，7、钢球，8、凹坑，9、第二薄簧片，10、第二支脚，11、第二应变传感器，12、穿孔。
具体实施方式
实施例1：
参阅图1，为一种触觉感应指尖，包括支撑件1、覆盖在支撑件1外的柔性外壳2，以及设置在柔性外壳2和支撑件1围成空腔内的中空碗状的薄簧片3、应变传感器6和压电块5，其中薄簧片3的底端设有若干个固定在支撑件1上的支脚4，应变传感器6设置在薄簧片3的支脚4上，压电块5设置在薄簧片3的下方的支撑件1上。在压电块5的顶部设有凹坑8，凹坑8内设有钢球7，且钢球7顶部与薄簧片3内壁之间存有间隙。
支撑件1起到支撑作用，起到类似机械手手指骨骼的功能，柔性外壳2类似机械手手指的皮肤，覆盖在支撑件1外，薄簧片3呈碗状，通过底端的支脚4固定在支撑件1上，内部形成一个空腔，整体类似手指，容易变形，可以用来测量较轻微的受力，在薄簧片3的内下方的支撑件1上设置的压电块5可以用来测量较大的外力，通过钢球7传递压力。
参阅图2-3，当机械手握持物体时，柔性外壳2先接触物体，先挤压薄簧片3使其变形，此时薄簧片3的变形并未使其接触钢球7，通过应变传感器5获得此时挤压变形的压力大小，当机械手继续增加握力时，物体对指尖的挤压力逐渐增大，薄簧片3顶端接触钢球7并停止变形，挤压力通过钢球7传递到压电块5上，此时可以通过压电块5压力的大小数值。因此，力的测量被分为两个阶段，薄簧片3可以测量微小的力，压电块5可以测量较大的力，分段变形测量可极大提高测量范围，使指尖的识别能力更为精细准确。
钢球7可以传递薄簧片3传导的变形力，凹坑8方便钢球定位，且将钢球7传递压力均匀分布在压电块5上，提高测量的准确性和稳定性。
实施例2
参阅图4，为另一种触觉感应指尖，包括支撑件1、覆盖在支撑件1外的柔性外壳2，以及设置在柔性外壳2和支撑件1围成空腔内的中空碗状的薄簧片3、应变传感器6和压电块5，其中薄簧片3的底端设有若干个固定在支撑件1上的支脚4，应变传感器6设置在薄簧片3的支脚4上，压电块5设置在薄簧片3的下方的支撑件1上。在压电块5的顶部设有凹坑8，凹坑8内设有钢球7，且钢球7顶部与薄簧片3内壁之间存有间隙。在薄簧片3内和压电块5之间设有中空碗状的第二薄簧片9，第二薄簧片9的底部设有若干固定在支撑件1上的第二支脚10，在第二支脚10上设有第二应变传感器11。在第二薄簧片9顶部设有穿孔12，钢球7顶部穿过穿孔12。
本实施例中，第二薄簧片9的刚度要大于薄簧片3，但小于压电块5。因此薄簧片3变形到一定量后会先接触第二薄簧片9，第二薄簧片9在压力作用下也会产生变形，通过第二应变传感器11测量并输出相应的压力值，当钢球7顶部接触薄簧片3顶部时，压电块5接受应力并测量应力大小。通过第二薄簧片9对力进一步分段测量，有利于提高测量的精度。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种触觉感应指尖，其特征在于：包括支撑件、覆盖在支撑件外的柔性外壳，以及设置在柔性外壳和支撑件围成空腔内的中空碗状的薄簧片、应变传感器和压电块，其中薄簧片的底端设有若干个固定在支撑件上的支脚，应变传感器设置在薄簧片的支脚上，压电块设置在薄簧片的下方的支撑件上，在所述压电块的顶部设有钢球，且钢球顶部与所述薄簧片内壁之间存有间隙。
2.根据权利要求1所述的一种触觉感应指尖，其特征在于：在所述压电块顶部设有凹坑，所述钢球位于凹坑内。
3.根据权利要求1或2所述的一种触觉感应指尖，其特征在于：在所述薄簧片内和所述压电块之间设有中空碗状的第二薄簧片，第二薄簧片的底部设有若干固定在支撑件上的第二支脚，在第二支脚上设有第二应变传感器。
4.根据权利要求3所述的一种触觉感应指尖，其特征在于：在所述第二薄簧片顶部设有穿孔，所述钢球顶部穿过所述穿孔。
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