CN109100054A - 触觉传感装置及系统 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种触觉传感装置，包括：第一保护层、第二保护层、导线层、触觉接收装置和磁传感器，第二保护层和所述第一保护层相对设置；导线层位于所述第一保护层和第二保护层之间，且包括多条导线；触觉接收装置穿过所述第一保护层与所述导线层连接，用于将外部压力传送至所述导线层；磁传感器环绕所述导线，用于检测所述导线的磁场变化。通过触觉接收装置将外部压力传送到导线层，导线层中的导线上环绕有磁传感器，当导线被触觉接收装置传递的压力驱动变形后，导线所产生的磁场发生变化，通过磁传感器探测磁场的变化，生成触觉信号，实现了通过触觉对外界信息的感知。

Description

触觉传感装置及系统

技术领域

本公开涉及机器人触觉技术领域，具体而言，涉及一种触觉传感装置及仿生皮肤。

背景技术

触觉是人感知外界信息的有效途径之一，同样对于机器人，触觉感知也是机器人传感技术中不可或缺的重要环节，通常机器人通过仿生皮肤实现触觉感知。

目前，机器人仿生皮肤主要通过压电式传感器或者电容式传感器进行触觉感知。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种触觉传感装置及系统，能够检测触觉信息，检测灵敏度高。

根据本公开的一个方面，提供一种触觉传感装置，包括：

第一保护层；

第二保护层，和所述第一保护层相对设置；

导线层，位于所述第一保护层和第二保护层之间，且包括多条导线；

触觉接收装置，穿过所述第一保护层与所述导线层连接，用于将外部压力传送至所述导线层；

磁传感器，环绕所述导线，用于检测所述导线的磁场变化。

根据本公开的一实施方式，所述触觉接收装置包括：

至少一根触觉线，所述触觉线穿过所述第一保护层，并和所述第一保护层连接，所述触觉线和所述导线连接。

根据本公开的一实施方式，多条所述导线相互平行设置。

根据本公开的一实施方式，所述触觉传感装置还包括：

第一屏蔽层，位于所述第一保护层和所述磁传感器之间，一侧和所述第一保护层连接，另一侧和所述磁传感器连接；

第二屏蔽层，位于所述第二保护层和所述磁传感器之间，一侧和所述第二保护层连接，另一侧和所述磁传感器连接。

根据本公开的一实施方式，所述第二保护层和第二屏蔽层之间设置有导电层，所述导电层和所述磁传感器连接。

根据本公开的一实施方式，所述导电层包括：

供电线，和所述磁传感器连接，用于为所述磁传感器供电；

信号线，和所述磁传感器连接，用于传输所述磁传感器探测到的信号。

根据本公开的一实施方式，所述磁传感器在所述第一保护层和第二保护层之间阵列式分布。

根据本公开的一实施方式，所述第一保护层和第二保护层采用记忆材料制成。

根据本公开的另一个方面，提供一种触觉传感系统，包括：

触觉传感装置；

扫描采集电路，和触觉传感装置连接；

处理单元，和所述扫描采集电路连接。

根据本公开的一实施方式，所述扫描采集电路和所述处理单元之间还设置有放大器和滤波电路；

所述放大器输入端和所述扫描采集电路连接，所述滤波电路的输入端和所述放大器输出端连接，所述滤波电路的输出端和所述处理单元连接。

本公开提供一种触觉传感装置，通过触觉接收装置将外部压力传送到导线层，导线层中的导线上环绕有磁传感器，当导线被触觉接收装置传递的压力驱动变形后，导线所产生的磁场发生变化，通过磁传感器探测磁场的变化，生成触觉信号，实现了通过触觉对外界信息的感知。由于磁传感器灵敏度高，因此本公开提供的触觉传感装置灵敏度高，增强了其在不同环境下完成精细、复杂作业的能力。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。

图1为本公开示意性实施例提供的一种触觉传感装置的结构示意图。

图2为本公开示意性实施例提供的一种触觉传感装置的剖视图。

图3为本公开示意性实施例提供的一种触觉线的排布示意图。

图4为本公开示意性实施例提供的一种磁传感器的排布示意图。

图5为本公开示意性实施例提供的另一种磁传感器的排布示意图。

图6为本公开示意性实施例提供的一种触觉传感系统的结构框图。

图7为本公开示意性实施例提供的触觉检测流程图。

图中：

100、第一保护层；200、第二保护层；300、触觉线；400、磁传感器；500、导线；600、第一屏蔽层；700、导电层；800、第二屏蔽层；901、触觉传感装置；902、扫描采集电路；903、放大器；904、存储模块；905、时钟模块；、906、动作执行模块；907、处理单元；908、供电模块；909、滤波电路。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本示例实施方式中首先提供了一种触觉传感装置，如图1和图2所示该触觉传感装置包括：第一保护层100、第二保护层200、导线层、触觉接收装置和磁传感器400；

第二保护层200和第一保护层100相对设置；导线层位于第一保护层100和第二保护层200之间，且包括多条导线500；触觉接收装置穿过第一保护层100与导线层连接，用于将外部压力传送至导线层；磁传感器400环绕导线500，用于检测导线500的磁场变化。

其中，第一保护层100和第二保护层200可以是平行设置，磁传感器400为环状结构，磁传感器400的环面垂直于第一保护层100和第二保护层200。一方面磁传感器400用于检测导线500的磁场的变化，另一方面磁传感器400也用于支撑和连接第一保护层100和第二保护层200。

导电线中有电流通过时，在导线500周围会产生磁场，当导线500的形状和位置发生变化时，导线500周围的磁场分布也随之变化。第一保护层100和第二保护层200可以采用弹性材料或者记忆材料制成，当触觉接收装置受到外部压力后运动，驱动导线500产生形变，进而导致导线500的磁场发生变化，通过磁传感器400探测磁场的变化。触觉接收装置在运动时，会导致第一保护层100产生形变，当外部压力消失后，第一保护层100恢复原状，触觉接收装置跟随第一保护层100恢复到初始位置。

在本公开实施例提供的触觉传感装置触觉传感装置中可以包括多个磁传感器400，可以根据多个磁传感器400的分布位置，对磁传感器400进行编号，磁传感器400在检测到磁场变化，生成触觉信号时，触觉信号可以包括磁场变化信号和磁传感器400编号信息。

本公开实施例提供的触觉传感装置可以用于仿生皮肤中，比如机器人或者假肢的仿生皮肤中，由于磁传感器400具有高灵敏度的特点，因此触觉传感装置检测灵敏度高，能够提升仿生皮肤的触觉感知能力，对机器人的作业水平和智能化水平的提升具有重要意义。

本公开提供一种触觉传感装置，通过触觉接收装置将外部压力传送到导线层，导线层中的导线500上环绕有磁传感器400，当导线500被触觉接收装置传递的压力驱动变形后，导线500所产生的磁场发生变化，通过磁传感器400探测磁场的变化，生成触觉信号，实现了通过触觉对外界信息的感知。由于磁传感器400灵敏度高，因此本公开提供的触觉传感装置灵敏度高，增强了触觉传感装置在不同环境下完成精细、复杂作业的能力。

下面对本公开实施方式的触觉传感装置各部分进行详细说明：

如图3所示，触觉接收装置包括：至少一根触觉线300，触觉线300穿过第一保护层100，并和第一保护层100连接，触觉线300和导线500连接。一方面触觉线300用于将外部压力传递给导线500，另一方面触觉线300也用于控制导线500和第一保护层100的距离。

触觉线300用于模拟皮肤上的毛发，其材料可以是邦丝或者其弹性材料，触觉线300穿过第一保护层100，触觉线300的一部分位于第一保护层100的外侧，另一部分位于第一保护层100的内侧，触觉线300和第一保护层100固定连接。第一保护层100靠近第二保护层200的一侧为内侧。触觉线300受到外部压力时，当压力较小时，触觉线300承受压力带动第一保护层100和导线500运动。当外部压力较大时，压力直接作用在第一保护层100上，第一保护层100产生形变，通过触觉线300带动导线500运动。

每条导线500上连接有多根触觉线300，触觉线300沿导线500长度方向分布，并且多根触觉线300平行设置，一条导线500上的多条触觉线300均匀分布。当然在实际应用中，也可以根据实际需求，一条导线500上的多条触觉线300中相邻的触觉线300的距离也可以不同，本公开实施例对此不做具体限定。

多条导线500相互平行设置，并且分组设置，每组导线500上环绕有磁传感器400。比如，如图4所示，每四条导线500一组，每组导线500上间隔指定距离的位置上环绕有磁传感器400。

进一步的，本公开实施例提供的触觉传感装置还包括：第一屏蔽层600和第二屏蔽层800；第一屏蔽层600位于第一保护层100和磁传感器400之间，一侧和第一保护层100连接，另一侧和磁传感器400连接；第二屏蔽层800位于第二保护层200和磁传感器400之间，一侧和第二保护层200连接，另一侧和磁传感器400连接。第一屏蔽层600和第二屏蔽层800用于屏蔽外部信号，避免外部信号对磁传感器400的检测结果造成影响。

其中，第一屏蔽层600和第一保护层100的连接方式可以是通过连接胶粘接，或者通过铆钉连接，第二屏蔽层800和第二保护层200也可以通过连接胶粘接，或者通过铆钉连接，本公开实施例对此不做具体限定。磁传感器400可以通过连接卡等连接件和第一屏蔽层600以及第二屏蔽层800连接。或者通过连接胶和第一屏蔽层600以及第二屏蔽层800连接。

第一屏蔽层600和第二屏蔽层800采用柔性材料制成，当第一保护层100或第二保护层200受到压力产生形变时，第一屏蔽层600和第二屏蔽层800也随之产生形变。

第二保护层200和第二屏蔽层800之间设置有导电层700，导电层700和磁传感器400连接。第二屏蔽层800上磁传感器400对应的位置上设置有通孔，磁传感器400穿过该通孔和导电层700连接。比如，环形磁传感器400的圆周上设置有凸起，该凸起穿过第二屏蔽层800上的通孔和导电层700连接。或者导电层700中的穿过第二屏蔽层800上的通孔和磁传感器400连接。

其中，导电层700包括：信号线和供电线，供电线和磁传感器400连接，用于为所述磁传感器400供电；信号线和磁传感器400连接，用于传输磁传感器400探测到的信号。

对于多个磁传感器400，每个磁传感器400均连接有供电线和信号线，供电线为磁传感器400供电，信号线用于传输磁传感器400探测到的信号，包括磁场变化和磁传感器400本身的编号。导电层700中还设置有接地线，磁传感器400的接地信号和导电层700接地线连接。

磁传感器400在第一保护层100和第二保护层200之间阵列式分布。多组导线500平行设置，磁传感器400环绕在导线500组上，呈阵列式分布。阵列中的每个磁传感器400具有唯一的编号。比如，导线层包括多条导线500，导线500中有电流通过，从而在周围产生磁场，并且导线500每四条为一组，每组导线500上每间隔5cm环绕一个磁传感器400，其中，磁传感器400环绕的方式有图4和图5两种方式，纵向上两个磁传感器400的距离为5cm，而横向上相邻的两根导线500的距离可以在5mm～10mm之间调节。当然导线500也可以设置成其他数量一组，本公开实施例并不以此为限。

本示例实施方式中还提供了一种触觉传感系统，如图6所示，包括触觉传感装置901、扫描采集单路902和处理单元907；扫描采集电路902和触觉传感装置901连接；处理单元907和扫描采集电路902连接。

其中，扫描采集电路902用于采集磁传感器400探测到的触觉信号，并将触觉信号发送给处理单元907。处理单元907对触觉信号进行处理。

进一步的，扫描采集电路902和处理单元907之间还设置有放大器903和滤波电路909；

放大器903输入端和扫描采集电路902连接，滤波电路909的输入端和放大器903输出端连接，滤波电路909的输出端和处理单元907连接。放大器903用于放大触觉信号，滤波电路909对触觉信号进行滤波。

供电模块908为触觉传感装置901和处理单元907供电，触觉传感装置901检测到的触觉信号通过扫描采集电路902、放大器903和滤波电路909后进入处理单元，处理单元907和时钟模块905交互，存储单元904和处理单元907交互。处理单元907对触觉信号进行分析处理，并根据分析处理结果生成动作信号，动作信号控制动作执行单元906，进行动作响应。

如图7所示，本公开实施例提供的触觉检测流程包括如下步骤：

步骤S1，检测压力信号；

步骤S2，判断压力信号是否超过指定阈值；

步骤S3，当压力信号未超过指定阈值，将其作为噪声信号处理；

步骤S4，当压力信号超过指定阈值，作为触觉信号处理；

步骤S5，通过步骤S4中的触觉信号，根据磁传感器编码判断位置。

其中，在步骤S1中，当外部压力通过触觉线驱动导线运动，是导线周围的磁场发生变化，磁传感器检测磁场变化，磁场变化信号即为压力信号。在步骤S2中，指定阈值为存储在处理单元中的预设值，将步骤S1中检测到的压力信号和指定阈值进行比较。当压力信号小于指定阈值，执行步骤S3，将该压力信号作为噪声信号处理。当压力信号大于等于指定阈值，执行步骤S4，作为触觉信号处理。在步骤S5中，根据步骤S4中的触觉信号的来源，即检测到该压力信号的一个或多个压力传感器在传感器阵列中的编号，判断外部压力的位置。

本公开实施例提供的触觉传感系统，通过触觉传感装置检测触觉信号，通过扫描采集电路采集触觉信号，通过处理单元处理触觉信号。模拟人体的触觉，灵敏度高，用于机器人的仿生皮肤中，能够提升机器人的智能化程度，用于假肢仿生皮肤中，对于恢复触觉有着重大意义。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种触觉传感装置，其特征在于，包括：

第一保护层；

第二保护层，和所述第一保护层相对设置；

导线层，位于所述第一保护层和第二保护层之间，且包括多条导线；

触觉接收装置，穿过所述第一保护层与所述导线层连接，用于将外部压力传送至所述导线层；

磁传感器，环绕所述导线，用于检测所述导线的磁场变化。

2.如权利要求1所述的触觉传感装置，其特征在于，所述触觉接收装置包括：

至少一根触觉线，所述触觉线穿过所述第一保护层，并和所述第一保护层连接，所述触觉线和所述导线连接。

3.如权利要求1所述的触觉传感装置，其特征在于，多条所述导线相互平行设置。

4.如权利要求1所述的触觉传感装置，其特征在于，所述触觉传感装置还包括：

第一屏蔽层，位于所述第一保护层和所述磁传感器之间，一侧和所述第一保护层连接，另一侧和所述磁传感器连接；

第二屏蔽层，位于所述第二保护层和所述磁传感器之间，一侧和所述第二保护层连接，另一侧和所述磁传感器连接。

5.如权利要求4所述的触觉传感装置，其特征在于，所述第二保护层和第二屏蔽层之间设置有导电层，所述导电层和所述磁传感器连接。

6.如权利要求5所述的触觉传感装置，其特征在于，所述导电层包括：

供电线，和所述磁传感器连接，用于为所述磁传感器供电；

信号线，和所述磁传感器连接，用于传输所述磁传感器探测到的信号。

7.如权利要求1所述的触觉传感装置，其特征在于，所述磁传感器在所述第一保护层和第二保护层之间阵列式分布。

8.如权利要求1所述的触觉传感装置，其特征在于，所述第一保护层和第二保护层采用记忆材料制成。

9.一种触觉传感系统，其特征在于，包括：

触觉传感装置；

扫描采集电路，和触觉传感装置连接；

处理单元，和所述扫描采集电路连接。

10.如权利要求9所述的触觉传感系统，其特征在于，所述扫描采集电路和所述处理单元之间还设置有放大器和滤波电路；

所述放大器输入端和所述扫描采集电路连接，所述滤波电路的输入端和所述放大器输出端连接，所述滤波电路的输出端和所述处理单元连接。