CN110202613A - 一种机器人手指用的多功能检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人手指用的多功能检测装置，它属于机器人传感器技术领域。本发明主要是解决现有传感器存在的检测功能单一、结构复杂和成本高的技术问题。本发明的技术方案是：一种机器人手指用的多功能检测装置，其包括多功能传感器、信号调理电路板、电源、微处理器、继电器和机器人I/O板，所述信号调理电路板封装在多功能传感器上，所述多功能传感器及信号调理电路设在机器人手指的内侧，所述微处理器设在机器人手指内侧的下部且微处理器的信号输入端与信号调理电路板的信号输出端连接，所述微处理器的信号输出端通过继电器与机器人I/O板的信号输入端连接，所述电源装在机器人手指上并与多功能传感器、信号调理电路板和微处理器连接。

Description

一种机器人手指用的多功能检测装置
技术领域
本发明涉及一种机器人手指用的多功能检测装置，它属于机器人传感器技术领域。
背景技术
工业化的进程还在不断地加速，推动了机器人的发展，目前的机器人广泛应用在我们的生活中，医疗、汽车、教育以及科学考察等领域，大大的提高了我国整体的生活品质。
如今的机器人已具有人一样的肢体和感官功能，有一定程度的智能性，动作比较灵活。而这一切都少不了传感器的功劳，传感器是机器人感知外界的重要帮手，它们犹如人类的感知器官，机器人的视觉、力觉、触觉等对外部环境的感知能力都是由传感器提供的，同时，传感器还可以用来检测机器人自身的工作状态，以及机器人智能探测外部工作环境和对象状态。为了让机器人实现高的灵敏度，在它身上会安装各式各样的传感器。而传统的传感器往往功能单一，一种传感器检测装置只能检测一种信号，使整个检测系统结构复杂，价格昂贵。因此，造成机器人传感器检测系统结构比较繁琐，控制复杂。
机器人工作时不可避免地需要与各种物体接触，会遇到多种不可预测的障碍，这就需要机器人很好的感知触觉信息，为了适应这些需要，研究出应用在机器人上功能类似于人皮肤的触觉信号检测系统就尤为重要。由于外界环境的复杂性，要求机器人手指上固定的传感器能检测多个物理量。因此，用于机器人的触觉传感器的多功能化是现如今机器人传感器研究领域的重点。
发明内容
本发明的目的是解决现有传感器存在的检测功能单一、结构复杂和成本高的技术问题，提供一种机器人手指用的多功能检测装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种机器人手指用的多功能检测装置，其包括多功能传感器、信号调理电路板、电源、微处理器、继电器和机器人I/O板，所述信号调理电路板封装在多功能传感器的底部且多功能传感器的信号输出端与信号调理电路板的信号输入端连接，所述多功能传感器及信号调理电路板设在机器人手指的内侧，所述微处理器设在机器人手指内侧的下部且微处理器的信号输入端与信号调理电路板的信号输出端连接，所述微处理器的信号输出端通过继电器与机器人I/O板的信号输入端连接，所述电源装在机器人手指上并与多功能传感器、信号调理电路板和微处理器连接。
进一步地，所述多功能传感器由橡胶凸点、PVDF压电薄膜、宝塔形弹簧和半球形弹性层构成，所述半球形弹性层设在信号调理电路板上，所述宝塔形弹簧设在半球形弹性层的内腔中并位于半球形弹性层和信号调理电路板之间，所述PVDF压电薄膜设在半球形弹性层的外表面上，所述PVDF压电薄膜的表面设有若干圈橡胶凸点。
进一步地，所述信号调理电路板由电荷放大器、比例放大器、低通滤波电路、电压抬升电路和柔性调理电路板构成，所述电荷放大器的输出端与比例放大器的输入端连接，所述比例放大器的输出端与低通滤波电路的输入端连接，所述低通滤波电路的输出端与电压抬升电路的输入端连接，所述电荷放大器、比例放大器、低通滤波电路和电压抬升电路集成在柔性调理电路板上。
进一步地，所述电源为纽扣电池。
进一步地，所述半球形弹性层由弹性橡胶制成。
本发明的有益效果为：
本发明的传感器灵敏、信号稳定、可同时采集触觉信号、滑觉信号和热觉信号多种信号。检测装置结构简单，取材便宜、质量轻便、容易固定，且具有成本低、易于生产、检测准确的特点。解决了现有传感器存在的检测功能单一、结构复杂和成本高的技术问题。因此，与背景技术相比，本发明具有结构简单，取材便宜、质量轻便、容易固定、成本低、易于生产和检测准确的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是多功能传感器的结构示意图；
图3是信号调理电路的方框原理图；
图中：1-多功能传感器，2-信号调理电路板，3-电源，4-微处理器，5-继电器，6-机器人I/O板，7-橡胶凸点，8-PVDF压电薄膜，9-宝塔形弹簧，10-半球形弹性层。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中的一种机器人手指用的多功能检测装置，其包括多功能传感器1、信号调理电路板2、电源3、微处理器4、继电器5和机器人I/O板6，所述信号调理电路板2封装在多功能传感器1的底部且多功能传感器1的信号输出端与信号调理电路板2的信号输入端连接，所述多功能传感器1及信号调理电路板2设在机器人手指的内侧，所述微处理器4设在机器人手指内侧的下部且微处理器4的信号输入端与信号调理电路板2的信号输出端连接，所述微处理器4的信号输出端通过继电器5与机器人I/O板6的信号输入端连接，所述电源3装在机器人手指上并与多功能传感器1、信号调理电路板2和微处理器4连接。
如图2所示，所述所述多功能传感器1由橡胶凸点7、PVDF压电薄膜8、宝塔形弹簧9和半球形弹性层10构成，所述半球形弹性层10设在信号调理电路板2上，所述宝塔形弹簧9设在半球形弹性层10的内腔中并位于半球形弹性层10和信号调理电路板2之间，所述PVDF压电薄膜8设在半球形弹性层10的外表面上，所述PVDF压电薄膜8的表面设有若干圈橡胶凸点7。
如图3所示，所述信号调理电路板2由电荷放大器、比例放大器、低通滤波电路、电压抬升电路和柔性调理电路板构成，所述电荷放大器的输出端与比例放大器的输入端连接，所述比例放大器的输出端与低通滤波电路的输入端连接，所述低通滤波电路的输出端与电压抬升电路的输入端连接，所述电荷放大器、比例放大器、低通滤波电路和电压抬升电路全部集成在直径2.2cm的柔性调理电路板上。
进一步地，所述电源3为纽扣电池。
进一步地，所述半球形弹性层10由弹性橡胶制成。
本发明的工作原理是：
多功能传感器1通过与被测物体接触获取触觉信号、滑觉信号及热觉信号，随后将信号输送给信号调理电路板2，经过第一级电荷放大器后转化为电压信号，接着送给比例放大器进行进一步放大，通过第三级的低通滤波电路将高于100HZ的无关信号滤除，然后通过电压抬升电路将信号抬升，以便达到模数转换的标准，随后经微处理器4对信号进行分类和转换后的数字信号通过继电器传送出给机器人I/O板6，机器人I/O板6接收信息后控制机器人动作。

Claims (5)

1.一种机器人手指用的多功能检测装置，其特征在于：包括多功能传感器(1)、信号调理电路板(2)、电源(3)、微处理器(4)、继电器(5)和机器人I/O板(6)，所述信号调理电路板(2)封装在多功能传感器(1)的底部且多功能传感器(1)的信号输出端与信号调理电路板(2)的信号输入端连接，所述多功能传感器(1)及信号调理电路板(2)设在机器人手指的内侧，所述微处理器(4)设在机器人手指内侧的下部且微处理器(4)的信号输入端与信号调理电路板(2)的信号输出端连接，所述微处理器(4)的信号输出端通过继电器(5)与机器人I/O板(6)的信号输入端连接，所述电源(3)装在机器人手指上并与多功能传感器(1)、信号调理电路板(2)和微处理器(4)连接。
2.如权利要求1所述的一种机器人手指用的多功能检测装置，其特征在于：所述多功能传感器(1)由橡胶凸点(7)、PVDF压电薄膜(8)、宝塔形弹簧(9)和半球形弹性层(10)构成，所述半球形弹性层(10)设在信号调理电路板(2)上，所述宝塔形弹簧(9)设在半球形弹性层(10)的内腔中并位于半球形弹性层(10)和信号调理电路板(2)之间，所述PVDF压电薄膜(8)设在半球形弹性层(10)的外表面上，所述PVDF压电薄膜(8)的表面设有若干圈橡胶凸点(7)。
3.如权利要求1所述的一种机器人手指用的多功能检测装置，其特征在于：所述信号调理电路板(2)由电荷放大器、比例放大器、低通滤波电路、电压抬升电路和柔性调理电路板构成，所述电荷放大器的输出端与比例放大器的输入端连接，所述比例放大器的输出端与低通滤波电路的输入端连接，所述低通滤波电路的输出端与电压抬升电路的输入端连接，所述电荷放大器、比例放大器、低通滤波电路和电压抬升电路集成在柔性调理电路板上。
4.如权利要求1所述的一种机器人手指用的多功能检测装置，其特征在于：所述电源(3)为纽扣电池。
5.如权利要求2所述的一种机器人手指用的多功能检测装置，其特征在于：所述半球形弹性层(10)由弹性橡胶制成。
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