CN111024007B - 触觉传感器及机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明的触觉传感器及机械手，所述触觉传感器包括柔性外壳，设于所述柔性外壳内的刚性内壳，以及设于所述柔性外壳与所述刚性内壳之间的检测结构；所述检测结构包括沿第一方向排列的多个容纳有介质的第一腔体，沿第二方向排列的多个容纳有介质的第二腔体，且所述检测结构能够对每个所述第一腔体及每个所述第二腔体内介质压力分别检测。本发明在目标物与该触觉传感器配合时，能够对目标物与触觉传感器相接触时的温度、力、位置、振动的信号检测，且具有更高的测量灵活度及灵敏度；同时该触觉传感器整体体积小，重量轻，信号的处理量小，进一步满足机械手手指的使用需求。

Description

触觉传感器及机械手
技术领域
本发明属于机器人触觉感测相关技术领域，特别是涉及一种触觉传感器及机械手。
背景技术
目前大多数的柔性传感器，只能进行温度、力及位置单独的测量，而且对振动方面的测量还很不成熟，阵列的压力传感器，并不是完全的柔性，其压阻元件仍为刚性，使得现有的柔性传感器实现不了柔性地对位置及力的检测，从而满足不了机械手的使用需求。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中存在的技术问题，提供一种触觉传感器及机械手。
具体地，一种触觉传感器，包括柔性外壳，设于所述柔性外壳内的刚性内壳，以及设于所述柔性外壳与所述刚性内壳之间的检测结构；所述检测结构包括第一介质组件以及第二介质组件；所述第一介质组件包括沿第一方向排列的多个容纳有介质的第一腔体，所述第二介质组件包括沿第二方向排列的多个容纳有介质的第二腔体；所述第一介质组件还包括多个对应于所述第一腔体的第一压力传感器，所述第一压力传感器能够检测对应的所述第一腔体内介质的压力，所述第二介质组件还包括多个对应于所述第二腔体的第二压力传感器，所述第二压力传感器能够检测对应的所述第二腔体内介质的压力。
作为本发明的优选方案，所述第一介质组件包括第一压力传感芯片，多个所述第一压力传感器集成在所述第一压力传感芯片上。
作为本发明的优选方案，所述第一压力传感芯片上设有多个对应于所述第一腔体的第一连接接头，每个所述第一连接接头与对应的所述第一腔体插接配合并密封对应的所述第一腔体。
作为本发明的优选方案，每个所述第一腔体在远离对应所述第一连接接头的一端设为封闭端。
作为本发明的优选方案，所述第二介质组件包括第二压力传感芯片，多个所述第二压力传感器集成在所述第二压力传感芯片上。
作为本发明的优选方案，所述第二压力传感芯片上设有多个对应于所述第二腔体的第二连接接头，每个所述第二连接接头与对应的所述第二腔体插接配合并密封对应的所述第二腔体。
作为本发明的优选方案，每个所述第二腔体在远离对应所述第二连接接头的一端设为封闭端。
作为本发明的优选方案，所述第一介质组件以及所述第二介质组件在所述柔性外壳与所述刚性内壳之间层叠设置。
作为本发明的优选方案，多个所述第一腔体所在的第一方向与多个所述第二腔体所在的第二方向相互垂直。
作为本发明的优选方案，所述第一腔体的横截面及/或所述第二腔体的横截面设为半圆筒状结构。
作为本发明的优选方案，所述柔性外壳包括导热弹性体，以及连接于所述导热弹性体的温度传感元件；所述柔性外壳与目标物接触时，所述温度传感元件能够在所述导热弹性体的热传导下对所述目标物进行温度检测。
作为本发明的优选方案，所述导热弹性体与所述检测结构之间的位置设有柔性隔热层。
作为本发明的优选方案，所述触觉传感器还包括处理电路系统，所述处理电路系统设置在所述刚性内壳的内部，用以与所述检测结构及/或所述温度传感元件进行信号连接。
本发明还请求保护机械手，包括上述任一所述的触觉传感器。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明所提供的触觉传感器及机械手，能够根据不同的第一压力传感器对对应的第一腔体，及不同的第二压力传感器对对应的第二腔体的介质的压力检测，将力信号的测量转换成压力信号的测量，以此达到目标物与该触觉传感器配合时，能够对目标物与触觉传感器相接触的力、位置及振动的柔性检测的目的，进而提高该触觉传感器的测量灵活度，具有更高的灵敏度；同时该触觉传感器整体体积小，重量轻，信号的处理量小，进一步满足机械手手指的使用需求。
附图说明
图1为本发明一实施方式所提供的触觉传感器的局部剖视图。
图2为本发明一实施方式所提供的触觉传感器另一视角的局部剖视图。
图3为本发明的触觉传感器中第一压力传感芯片与第一连接接头的装配示意图。
图4为本发明的触觉传感器中第二压力传感芯片与第二连接接头的装配示意图。
其中，10、柔性外壳；11、导热弹性体；12、温度传感元件；13、柔性隔热层；20、刚性内壳；31、第一介质组件；311、第一腔体；312、第一压力传感芯片；313、第一连接接头；32、第二介质组件；321、第二腔体；322、第二压力传感芯片；323、第二连接接头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明请求保护的触觉传感器，应用于机械手上，能够实现机械手与目标物接触时，对目标物与机械手相接触时的温度、位置、力及振动的多种信号的柔性检测。
请参阅图1-图4，本发明一实施方式所提供的触觉传感器，包括柔性外壳10，设于所述柔性外壳10内的刚性内壳20，以及设于所述柔性外壳10与所述刚性内壳20之间的检测结构。
在本实施方式中，所述柔性外壳10包括导热弹性体11，及连接于所述导热弹性体11的温度传感元件12。使得该触觉传感器工作时，当所述柔性外壳10与目标物接触时，所述导热弹性体11能够将目标物的温度传导至所述温度传感元件12，以此实现该柔性外壳10具有测量温度的功能。
其中，所述导热弹性体11设为槽型结构，用于与目标物直接接触，所述温度传感元件12设置在所述导热弹性体11的槽边位置，以此避免所述温度传感元件12的刚性材料影响所述导热弹性体11与目标物之间的柔性接触。
需要说明的是，本实施方式的导热弹性体11可为导热系数高的柔性材料，具体可为导热硅橡胶，而所述温度传感元件12可根据不同的温度测量精度、范围、传感器体积进行选择，具体包括但不限于温度传感器、智能温敏元件等。使得该柔性外壳10与目标物接触时，可以准确地测量出目标物的温度。
作为本发明的优选方案，本实施方式的触觉传感器在所述导热弹性体11与所述检测结构之间的位置设有柔性隔热层13，用以将所述导热弹性体11与所述检测结构进行隔热，以防止导热弹性体11与目标物接触后所传导的热量影响所述检测结构内气体的压强，进而具有确保该检测结构工作时对气体压强检测的精准性。
具体地，所述柔性隔热层13设为柔性隔热涂层或柔性隔热薄膜，使得柔性隔热层13应用于导热弹性体11与检测结构之间的位置时，在起到隔热的作用时，同时也不影响该触觉传感器整体的柔度。
在本实施方式中，所述检测结构包括第一介质组件31以及第二介质组件32；所述第一介质组件31包括沿第一方向排列的多个容纳有介质的第一腔体311，所述第二介质组件32包括沿第二方向排列的多个容纳有介质的第二腔体321；所述第一介质组件31还包括多个对应于所述第一腔体311的第一压力传感器，所述第一压力传感器能够检测对应的所述第一腔体311内介质的压力，所述第二介质组件32还包括多个对应于所述第二腔体321的第二压力传感器，所述第二压力传感器能够检测对应的所述第二腔体321内介质的压力。
在本实施方式中，所述第一腔体311内容纳有的介质为气体，且所述第一压力传感器相应地为气压传感器，及/或，所述第二腔体321内容纳有的介质为气体，且所述第二压力传感器相应地为气压传感器。需要说明的是，所述第一腔体311及/或所述第二腔体321内容纳的介质也可根据使用的需求设为液体，在此就不展开阐述。
其中，所述第一介质组件31以及所述第二介质组件32在所述柔性外壳10与所述刚性内壳20之间层叠设置。
需要说明的是，所述第一方向与所述第二方向为两个不同的方向，所述第一腔体311与所述第二腔体321分别包裹所述刚性内壳20，使得每个所述第一腔体311与每个所述第二腔体321之间均有一个交叉重叠的部分。所述柔性外壳10的任意部位与目标物接触并发生相互作用时，所述第一介质组件31上发生压力变化的第一腔体311，及所述第二介质组件32上发生压力变化的第二腔体321，即可被对应的所述第一压力传感器及对应的所述第二压力传感器检测，再根据被检测到气压变化的第一腔体311及第二腔体321的交叉重叠位置，即可实现对所述柔性外壳10与目标物相接触的位置的检测，且所述柔性外壳10与目标物接触时的振动信息则可通过所述第一压力传感器及所述第二压力传感器测得的气压波动的频率来实现；另外，所述柔性外壳10与目标物接触时的作用力则可以通过压力的变化通过一定的计算对应得出，在此就不展开阐述。也就是说，本实施方式的触觉传感器通过第一介质组件31与第二介质组件32合理的结构设置，能够实现对柔性外壳10与目标物接触时的位置及力的检测。
可以理解，所述第一方向与所述第二方向为两个不同的方向，在本实施方式中，所述第一方向为所述刚性内壳20横向方向，及所述第二方向为所述刚性内壳20的竖向方向，使得所述第一介质组件31和所述第二介质组件32能够分别完全包裹所述刚性内壳20。
其中，所述第二介质组件32设置在所述第一介质组件31的外围位置；及/或，所述第一介质组件31设置在所述第二介质组件32的外围位置。
在本实施方式中，所述第一介质组件31还包括第一压力传感芯片312，多个所述第一压力传感器集成在所述第一压力传感芯片312上；及/或，所述第二介质组件32还包括第二压力传感芯片322，多个所述第二压力传感器集成在所述第二压力传感芯片322上。也就是说，本实施方式的触觉传感器用一个第一压力传感芯片312能够实现对所述第一介质组件31上所有的第一腔体311分别进行气压检测；及/或，用一个第二压力传感芯片322实现对所述第二介质组件32上所有的第二腔体321分别进行气压检测。
进一步地，所述第一压力传感芯片312上设有多个对应于所述第一腔体311的第一连接接头313，每个所述第一连接接头313与对应的所述第一腔体311插接配合并密封对应的所述第一腔体311，以此实现每个所述第一腔体311在所述第一压力传感芯片312的装配连接，且便于所述第一腔体311与所述第一压力传感芯片312之间的装配；同理，本实施方式的第二压力传感芯片322上也可以设有多个对应于所是第二腔体321的第二连接接头323，每个所述第二连接接头323与对应的所述是第二腔体321插接配合并密封对应的所述第二腔体321。
其中，每个所述第一腔体311在远离对应所述第一连接接头313的一端设为封闭端，及/或，每个所述第二腔体321在远离对应所述第二连接接头323的一端设为封闭端，使得该触觉传感器与目标物接触时，所述第一腔体311及所述第二腔体321能够对应地产生介质压力的变化。
在本实施方式中，所述第一腔体311的横截面及所述第二腔体321的横截面设为半圆筒状结构，其中所述第一腔体311上圆弧状的部分与所述第二腔体321上圆弧状的部分相互抵接，以便于所述柔性外壳10接触目标物并产生相互作用时，所述第一介质组件31上对应的第一腔体311与所述第二介质组件32上对应的第二腔体321能够相互挤压并产生各自气压的变化，进而具有提高该触觉传感器工作时，对所述柔性外壳10与目标物之间接触位置及力的信号检测的灵敏度。
作为本发明的优选方案，本实施方式的触觉传感器还包括处理电路系统(图未示)，所述处理电路系统设置在所述刚性内壳20的内部，用以与所述检测结构上第一压力传感芯片312及第二压力传感芯片322，以及所述柔性外壳10上的温度传感元件12进行信号连接，用以将所述第一压力传感芯片312、所述第二压力传感芯片322及所述温度传感元件12所检测到的信号进行处理，如进行放大、滤波等处理，并最后得到所需要的温度、位置、力及振动的信息。
本发明还请求保护机械手，包括上述所述的触觉传感器。
综上，本发明所提供的触觉传感器，通过合理的结构设置，在目标物与该触觉传感器配合时，能够对目标物与触觉传感器相接触时的温度、力、位置、振动的信号检测，且具有更高的测量灵活度及灵敏度；同时该触觉传感器整体体积小，重量轻，信号的处理量小，进一步满足机械手手指的使用需求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种触觉传感器，其特征在于：包括柔性外壳，设于所述柔性外壳内的刚性内壳，以及设于所述柔性外壳与所述刚性内壳之间的检测结构；所述检测结构包括第一介质组件以及第二介质组件，所述第一介质组件以及所述第二介质组件在所述柔性外壳与所述刚性内壳之间层叠设置；所述第一介质组件包括沿第一方向排列的多个容纳有介质的第一腔体，所述第二介质组件包括沿第二方向排列的多个容纳有介质的第二腔体；所述第一介质组件还包括多个对应于所述第一腔体的第一压力传感器，所述第一压力传感器能够检测对应的所述第一腔体内介质的压力，所述第二介质组件还包括多个对应于所述第二腔体的第二压力传感器，所述第二压力传感器能够检测对应的所述第二腔体内介质的压力。
2.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于：所述第一介质组件包括第一压力传感芯片，多个所述第一压力传感器集成在所述第一压力传感芯片上。
3.根据权利要求2所述的触觉传感器，其特征在于：所述第一压力传感芯片上设有多个对应于所述第一腔体的第一连接接头，每个所述第一连接接头与对应的所述第一腔体插接配合并密封对应的所述第一腔体。
4.根据权利要求3所述的触觉传感器，其特征在于：每个所述第一腔体在远离对应所述第一连接接头的一端设为封闭端。
5.根据权利要求1-4任一项所述的触觉传感器，其特征在于：所述第二介质组件包括第二压力传感芯片，多个所述第二压力传感器集成在所述第二压力传感芯片上。
6.根据权利要求5所述的触觉传感器，其特征在于：所述第二压力传感芯片上设有多个对应于所述第二腔体的第二连接接头，每个所述第二连接接头与对应的所述第二腔体插接配合并密封对应的所述第二腔体。
7.根据权利要求6所述的触觉传感器，其特征在于：每个所述第二腔体在远离对应所述第二连接接头的一端设为封闭端。
8.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于：多个所述第一腔体所在的第一方向与多个所述第二腔体所在的第二方向相互垂直。
9.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于：所述第一腔体的横截面及/或所述第二腔体的横截面设为半圆筒状结构。
10.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于：所述柔性外壳包括导热弹性体，以及连接于所述导热弹性体的温度传感元件；所述柔性外壳与目标物接触时，所述温度传感元件能够在所述导热弹性体的热传导下对所述目标物进行温度检测。
11.根据权利要求10所述的触觉传感器，其特征在于：所述导热弹性体与所述检测结构之间的位置设有柔性隔热层。
12.根据权利要求10所述的触觉传感器，其特征在于：所述触觉传感器还包括处理电路系统，所述处理电路系统设置在所述刚性内壳的内部，用以与所述检测结构及/或所述温度传感元件进行信号连接。
13.一种机械手，其特征在于：包括权利要求1-12中任一所述的触觉传感器。
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