CN110465959A - 一种电子皮肤、机器人及其触觉产生方法 - Google Patents

Abstract

一种电子皮肤、机器人及其触觉产生方法，通过传感单元接收处理单元输出的第一电压信号，并当感应到自身被外界的导电体触摸时，改变自身的电容值，以将第一电压信号转换为第二电压信号后输出给处理单元，当判断第二电压信号大于预设阈值时，处理单元输出触摸点的位置信号给主控单元，由主控单元输出相应的控制信号控制机器人工作。传感单元和处理单元设于柔性线路板上。上述的电子皮肤、机器人及其触觉产生方法，采用柔性线路板作为基材，柔性线路板根据机器人的外壳表面的形态相应进行弯曲、卷绕或折叠，以实现将电子皮肤完全贴于机器人本体的外壳表面而不受其形态的影响，易于加工。

Description

一种电子皮肤、机器人及其触觉产生方法

技术领域

本发明属于电子皮肤技术领域，尤其涉及一种电子皮肤、机器人及其触觉产生方法。

背景技术

电子皮肤是一项可让机器人产生触觉的技术，其结构简单，能像衣服一样附着在机器人表面，从而让机器人感知到被触摸点的位置信息。然而，现有的电子皮肤无法弯折，因此无法紧贴在表面形状不规则的机器人身上(例如，表面有许多凸起或凹陷区域的机器人)。

因此，现有的电子皮肤存在着无法弯折，从而无法紧贴在外壳表面的形状不规则的机器人身上的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电子皮肤、机器人及其触觉产生方法，旨在解决传统的技术方案中存在的无法弯折，从而无法紧贴在外壳表面的形状不规则的机器人身上的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种电子皮肤，包括：

用于接收第一电压信号，并当感应到自身被外界的导电体触摸时，改变自身的电容值，以将所述第一电压信号转换为第二电压信号并进行反馈的多个传感单元，多个所述传感单元设于柔性线路板上；

设于所述柔性线路板上，并与多个所述传感单元连接，用于发送所述第一电压信号和接收所述第二电压信号，当所述第二电压信号超过预设阈值时，输出触摸点的位置信号的处理单元；

与所述处理单元进行通信连接，用于接收所述位置信号，并根据所述位置信号输出相应的控制信号，以控制所述机器人本体进行工作的主控单元。

可选的，多个所述传感单元采用电容式传感器实现。

可选的，所述处理单元采用触控芯片实现；

所述触控芯片的信号输出端口输出所述第一电压信号；所述触控芯片的信号输入端口接收所述第二电压信号。

可选的，所述主控单元采用中央处理器实现。

可选的，所述柔性线路板为单面柔性线路板或双面柔性线路板。

可选的，所述处理单元采用零插入力连接器与所述主控单元连接。

可选的，所述第一电压信号为方波信号。

可选的，多个所述传感单元以f×n阵列的方式排布，所述f×n阵列对应形成f×n个所述触摸点，f和n均为大于或等于2的正整数。

本发明实施例的第二方面提供了一种机器人，包括：

机器人本体；和

上述的电子皮肤；

所述电子皮肤覆盖于所述机器人本体的外壳表面。

本发明实施例的第三方面提供了一种基于上述的电子皮肤的触觉产生方法，包括：

在柔性线路板上设置处理单元和多个传感单元；

采用多个所述传感单元接收第一电压信号，并当感应到自身被外界的导电体触摸时，改变自身的电容值，以将所述第一电压信号转换为第二电压信号并进行反馈；

采用所述处理单元发送所述第一电压信号和接收所述第二电压信号，当所述第二电压信号超过预设阈值时，输出触摸点的位置信号；

采用主控单元接收所述位置信号，并根据所述位置信号输出相应的控制信号，以控制所述机器人本体进行工作。

上述的一种电子皮肤、机器人及其触觉产生方法，通过采用柔性线路板作为基材，将传感单元和处理单元设于其上，柔性线路板根据机器人本体的外壳表面的形态相应进行弯曲、卷绕或折叠，以实现将电子皮肤完全贴于机器人本体的外壳表面而不受其形态的影响，易于加工，解决了传统的电子皮肤存在着的无法弯折，从而无法紧贴在外壳表面的形状不规则的机器人身上的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种电子皮肤的单元结构示意图；

图2为图1所示的一种电子皮肤的功能电路原理图；

图3为本发明另一实施例提供的一种基于上述的电子皮肤的触觉产生方法的具体流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，图1为本发明一实施例提供的一种电子皮肤的单元结构示意图，图2为图1所示的一种电子皮肤的功能电路原理图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种电子皮肤，包括多个传感单元10、处理单元20及主控单元30。

其中，多个传感单元10分别与处理单元20连接，处理单元20与主控单元30进行通信连接，多个传感单元10和处理单元20均设于FPC板(Flexible Printed Circuit Board，柔性线路板)100上。并且，FPC板100贴覆于机器人本体的外壳表面。本实施例中采用的柔性线路板为单面柔性线路板或双面柔性线路板。

采用FPC板100作为基材，FPC板100可根据机器人的外壳表面的形态相应进行弯曲、卷绕或折叠，以实现将电子皮肤完全贴于机器人本体的外壳表面而不受其形态的影响，易于加工。对于形态不规则的外壳表面，FPC板100也能够实现完全贴覆。

具体地，上述机器人的外壳表面，包括外壳外表面和外壳内表面。

多个传感单元10用于接收第一电压信号，并当感应到自身被外界的导电体触摸时，改变自身的电容值，以将第一电压信号转换为第二电压信号并反馈给处理单元20。

具体地，外界的导电体包括但不限于人体的手指。传感单元10利用人体的电流感应进行工作，当传感单元10未被触摸时，其带有对地电容；当人体的手指触摸某传感单元10时，由于人体电场的作用，人体的手指与传感单元10之间形成一个耦合电容，体现为传感单元10改变了自身的电容值。电容值的改变情况相应通过第二电压信号的来体现，传感单元10将接收到的第一电压信号转换为第二电压信号后反馈给处理单元20。

FPC板100上的两个涂层上分别刻蚀了多根X轴导线和多根Y轴导线，X轴导线和Y轴导线架构在不同的涂层，每根X轴导线和每根Y轴导线之间形成一个电容式传感器，多个传感单元10采用多个上述的电容式传感器实现。X轴导线和Y轴导线的相交处形成触摸点，也称为电容节点。

可选的，多个传感单元以f×n阵列的方式排布，f×n阵列对应形成f×n个触摸点，f和n均为大于或等于2的正整数；f为X轴导线的根数，n为Y轴导线的根数。

例如10根X轴导线与10根Y轴导线之间形成10×10的阵列，具有100个触摸点；20根X轴导线与20根Y轴导线之间形成20×20的阵列，具有400个触摸点。

处理单元20用于发送第一电压信号和接收第二电压信号，并对接收到的第二电压信号进行分析，当第二电压信号超过预设阈值时，输出触摸点的位置信号给主控单元30。

当且仅当第二电压信号超过预设阈值时，处理单元20才会输出触摸点的位置信号，避免因误触而使处理单元20产生误判。

具体地，处理单元20通过X轴的导线输出第一电压信号，以使得各个触摸点与各根导线之间形成特定电场，然后逐列扫描探测Y轴导线的电极之间的电容值，达成多点定位。当人体的手指或者其它导电体触摸时，相应的触摸点的电容值发生变化，该电容值的变化情况通过第二电压信号表征，Y轴导线作为侦测线用于输出由第一电压信号转换而成的第二电压信号至处理单元20。经过处理单元20内部的A/D控制器或者外接的A/D控制器将该第二电压信号转换为数字信号，并作进一步的运算处理后得到触摸点的位置信号(x，y)。

具体地，第一电压信号为方波型的驱动脉冲，即方波信号。

可选的，处理单元20采用触控芯片实现。触控芯片的信号输出端口输出第一电压信号至传感单元10，具体为输出至所有的X轴导线；触控芯片的信号输入端口接收第二电压信号，具体是接收由Y轴导线输出的第二电压信号。

主控单元30与处理单元20进行通信连接，用于接收位置信号(x，y)，并根据位置信号(x，y)输出相应的控制信号，以控制机器人本体进行工作。

可选的，主控单元30采用CPU(Central Processing Unit，中央处理器)实现。

可选的，处理单元20采用ZIF连接器40(Zero Insertion Force Connector，零插入力连接器)与CPU连接。ZIF连接器40具备可靠性高，信号串扰小，性能损耗低等优点。

本发明实施例的第二方面提供了一种机器人，包括机器人本体和上述的电子皮肤，该电子皮肤覆盖于机器人本体的外壳表面。

以FPC板100作为基材，将处理单元20和多个传感单元10设于FPC板100上；FPC板100贴覆于机器人本体的外壳表面。本实施例中采用的采用FPC板100作为基材，FPC板100可根据机器人的外壳表面的形态相应进行弯曲、卷绕或折叠，以实现将电子皮肤完全贴于机器人本体的外壳表面而不受其形态的影响，因此易于将电子皮肤贴覆于机器人本体的外壳表面，方便加工。对于形态不规则的外壳表面，FPC板100也能够实现完全贴覆，贴覆工程简单，不会破坏电子皮肤，成本低。

请参阅图3，为本发明另一实施例提供的一种基于上述的电子皮肤的触觉产生方法的具体流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种基于上述的电子皮肤的触觉产生方法，包括如下步骤：

S01：在柔性线路板上设置处理单元20和多个传感单元10；

S02：采用多个传感单元10接收第一电压信号，并当感应到自身被外界的导电体触摸时，改变自身的电容值，以将第一电压信号转换为第二电压信号并进行反馈；

S03：采用处理单元20发送第一电压信号和接收第二电压信号，当第二电压信号超过预设阈值时，输出触摸点的位置信号；

S04：采用主控单元30接收位置信号，并根据位置信号输出相应的控制信号，以控制机器人本体进行工作。

具体地，处理单元20先输出第一电压信号给多个传感单元10，使传感单元10带电形成电场；多个传感单元10之间形成多个触摸点，即电容节点。当外界的导电体触摸传感单元10时，相应的传感单元10的电容值发生改变，表征为第二电压信号，即传感单元10根据电容值的变化情况将接收到的第一电压信号转换为相应的第二电压信号后，输出给处理单元20，处理单元20对第二电压信号进行分析和运算后得到触摸点的位置信号(x，y)，并将位置信号(x，y)输出给主控单元。

当且仅当第二电压信号超过预设阈值时，处理单元20才会输出触摸点的位置信号，避免因误触而使处理单元20产生误判。

以FPC板100作为基材，将处理单元20和多个传感单元10设于FPC板100上；FPC板100贴覆于机器人本体的外壳表面。本实施例中采用的采用FPC板100作为基材，FPC板100可根据机器人的外壳表面的形态相应进行弯曲、卷绕或折叠，以实现将电子皮肤完全贴于机器人本体的外壳表面而不受其形态的影响，因此易于将电子皮肤贴覆于机器人本体的外壳表面，方便加工。对于形态不规则的外壳表面，FPC板100也能够实现完全贴覆，贴覆工程简单，不会破坏电子皮肤，成本低。

综上所述，本发明实施例提供了一种电子皮肤、机器人及其触觉产生方法，通过传感单元接收处理单元输出的第一电压信号，并当感应到自身被外界的导电体触摸时，改变自身的电容值，以将第一电压信号转换为第二电压信号后输出给处理单元，当判断第二电压信号大于预设阈值时，处理单元输出触摸点的位置信号给主控单元，由主控单元输出相应的控制信号控制机器人工作。传感单元和处理单元设于柔性线路板上。上述的电子皮肤、机器人及其触觉产生方法，采用柔性线路板作为基材，柔性线路板根据机器人的外壳表面的形态相应进行弯曲、卷绕或折叠，以实现将电子皮肤完全贴于机器人本体的外壳表面而不受其形态的影响，因此易于将电子皮肤贴覆于机器人本体的外壳表面，方便加工。

在本文对各种装置和方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

在整个说明书中对“各种实施方式”、“在实施方式中”、“一个实施方式”或“实施方式”等的引用意为关于实施方式所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等在整个说明书中的适当地方的出现并不一定都指同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何适当的方式组合。因此，关于一个实施方式示出或描述的特定特征、结构或特性可全部或部分地与一个或多个其它实施方式的特征、结构或特性进行组合，而没有假定这样的组合不是不合逻辑的或无功能的限制。任何方向参考(例如，加上、减去、上部、下部、向上、向下、左边、右边、向左、向右、顶部、底部、在…之上、在…之下、垂直、水平、顺时针和逆时针)用于识别目的以帮助读者理解本公开内容，且并不产生限制，特别是关于实施方式的位置、定向或使用。

虽然上面以某个详细程度描述了某些实施方式，但是本领域中的技术人员可对所公开的实施方式做出很多变更而不偏离本公开的范围。连接参考(例如，附接、耦合、连接等)应被广泛地解释，并可包括在元件的连接之间的中间构件和在元件之间的相对运动。因此，连接参考并不一定暗示两个元件直接连接/耦合且彼此处于固定关系中。“例如”在整个说明书中的使用应被广泛地解释并用于提供本公开的实施方式的非限制性例子，且本公开不限于这样的例子。意图是包含在上述描述中或在附图中示出的所有事务应被解释为仅仅是例证性的而不是限制性的。可做出在细节或结构上的变化而不偏离本公开。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子皮肤，其特征在于，包括：

用于接收第一电压信号，并当感应到自身被外界的导电体触摸时，改变自身的电容值，以将所述第一电压信号转换为第二电压信号并进行反馈的多个传感单元，多个所述传感单元设于柔性线路板上；

设于所述柔性线路板上，并与多个所述传感单元连接，用于发送所述第一电压信号和接收所述第二电压信号，当所述第二电压信号超过预设阈值时，输出触摸点的位置信号的处理单元；

与所述处理单元进行通信连接，用于接收所述位置信号，并根据所述位置信号输出相应的控制信号，以控制所述机器人本体进行工作的主控单元。

2.如权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于，多个所述传感单元采用电容式传感器实现。

3.如权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于，所述处理单元采用触控芯片实现；

所述触控芯片的信号输出端口输出所述第一电压信号；所述触控芯片的信号输入端口接收所述第二电压信号。

4.如权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于，所述主控单元采用中央处理器实现。

5.如权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于，所述柔性线路板为单面柔性线路板或双面柔性线路板。

6.如权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于，所述处理单元采用零插入力连接器与所述主控单元连接。

7.如权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于，所述第一电压信号为方波信号。

8.如权利要求1所述的电子皮肤，其特征在于，多个所述传感单元以f×n阵列的方式排布，所述f×n阵列对应形成f×n个所述触摸点，f和n均为大于或等于2的正整数。

9.一种机器人，其特征在于，包括：

机器人本体；和

如权利要求1至8任一项所述的电子皮肤；

所述电子皮肤覆盖于所述机器人本体的外壳表面。

10.一种基于如权利要求1所述的电子皮肤的触觉产生方法，其特征在于，包括：

在柔性线路板上设置处理单元和多个传感单元；

采用多个所述传感单元接收第一电压信号，并当感应到自身被外界的导电体触摸时，改变自身的电容值，以将所述第一电压信号转换为第二电压信号并进行反馈；

采用所述处理单元发送所述第一电压信号和接收所述第二电压信号，当所述第二电压信号超过预设阈值时，输出触摸点的位置信号；

采用主控单元接收所述位置信号，并根据所述位置信号输出相应的控制信号，以控制所述机器人本体进行工作。