CN115135980A - 全向软质电容触觉传感器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

公开了呈现出彼此解耦的四种变形模式的复合传感器，该模式包括拉伸、压缩、弯曲和扭转。在一个示例实施例中，该传感器包括基体和六个单元传感器。该单元传感器是成对的，从而每对均包括布置在基体的相对表面上的两个单元传感器，该传感器基本上彼此对置。其中两对包括基本上彼此平行的纵轴线，第三对包括基本上垂直于另外两个纵轴线的纵轴线。基体沿其一个边受限。该复合传感器可用于许多方面，比如穿过管道并且检测泄露的流体驱动软体机器人的部分。还描述了检测泄露的方法。

Description

全向软质电容触觉传感器及其使用方法

相关申请的交叉引用

本发明要求于2019年12月24提交的题为“全向软质电容触觉传感器及其使用方法”的第62/953,319号美国临时申请的优先权和权益，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及用于泄露检测的传感器，尤其涉及允许解耦以下四种变形模式的传感器：弯曲、压缩力、单轴拉伸和扭转。请注意，虽然本发明主要描述了在用于检测泄露的情况下提供的传感器，但是关于传感器的设计和原理也可应用于泄露检测之外的其他情况，比如可穿戴装置。

背景技术

软体机器人对多轴触觉传感具有逐渐增长的需求。柔性软体传感器具有测量弯曲和表面接触压力的能力。但是现有传感器能力有限，这至少是因为当将力施加至材料或物体时，它们无法测量材料或物体可经受的所有不同变形模式。这些变形模式包括：弯曲、压缩压力、单轴拉伸和扭转。例如，在本发明之前存在的多数电容传感器可测量这些模式中的一个或两个，比如单轴拉伸(有时称作伸长)和/或弯曲，但是不能测量更多种模式，比如上文提及的四种模式。因此，需要一种更通用的传感器，能够测量弯曲、压力、拉伸和扭转，除其他外，它可以观察有关正在与传感器交互的物体的几何形状，并且可以进一步应用于监测可穿戴装置中的身体运动、机器人皮肤的触觉感应、仿人手的抓握、爬行机器人、可穿戴健康监测设备和水管泄漏检测等用途。

现有的软体传感器换能器包括电阻式和压阻式传感器、磁传感器、电感式传感器和电容传感器。这些方法中的多数都具有严格的局限性，这使它们无法在水管或其他场景中正常工作。例如，电阻式和压阻式传感器表现出较大的滞后、过冲和瞬态行为。作为进一步的示例，光学传感器具有复杂的制造方法和有限的最大应变，磁传感器易于在铁磁物体周围受到干扰，并且电感传感器需要复杂的信号处理并且难以小型化。然而，电容传感器表现出线性、高灵敏度、快速响应时间和大动态范围。因此，需要采用基于电容的织物和硅树脂传感器，以便能够解耦上文提及的四种变形模式。

虽然在许多行业中，传感器提供了能够解耦上文提及的四种变形模式所需的改进，但利用流过管道的液体(例如管道中的水)的行业代表了一个将受益的特定行业。美国市政当局损失了大约15％到25％的供水，其中大部分损失归因于泄漏。当前的泄漏传感技术通常需要管道干燥才能进行检查，从而导致无法为用户服务。这包括机器人检查，其中系留的移动系统将使用声学或光学方法检查管道。这种方法需要熟练的技术人员来操纵机器人。还有其他不系留的无源设备，例如Smartball，它使用声学仪器在没有人工操作的情况下检查活动水管，但只能在大型金属管道中工作并且需要专家来解读数据。最后，还有通过声学信号或通过在可疑泄漏周围安装泄漏噪声相关器来检测泄漏的管道外方法。然而，声学方法速度慢并且需要手动跟踪管路，而泄漏噪声相关器在塑料管道中无效。

软体传感器提供了一种在活动水管中进行原位泄露检测的方法。一种传感技术涉及采用压阻式橡胶来测量薄且柔性的隔膜在被泄露拉拽时的应变。水管或气管中的泄露引起泄露的内表面附近的局部压力梯度。

虽然上述以原位方式使用压阻式橡胶的传感技术可检测泄露的存在，但是其难以将泄露与障碍物以及其他的管特征区分开，从而导致误报。这至少部分归因于在此技术中采用的导电硅树脂复合材料(CSC)传感器具有在稳态行为的大约9％到13.8％之间的瞬态响应，约为2.37％到2.48％的重复试验的差异、约12秒至19秒的慢时间常数和约17％至26％的滞后宽度。这些副作用使得难以计算作用在传感器上的力，尤其是当通常在0.2秒内通过泄漏时。对于CSC传感器，泄漏、障碍物和管道弯曲都可能引起传感器响应，因此需要将传感器与加速度计和陀螺仪融合，以确定传感器波动是否也与管道接头耦合。因此，需要能够更好区分泄漏与障碍物和其他管道特征的传感器和/或机器人，优选地限制在这种情况下使用的传感器的数量，即避免使用额外的传感器来帮助进行这种区分和确定。

发明内容

软体机器人具有许多需要不同触觉反馈机构的独特几何形状。为了响应它们的环境，软体机器人将通过具有能够确定如何接触表面的多轴传感器而受益。作为特定应用，当前软体传感器设计用于检测活动水管中的泄露，但是难以将泄露与管接头和障碍物区分开，因为多种变形模式会引起传感器的类似响应。

本发明提供了软质、多轴变形传感器的设计和制备。该传感器提供为全向的。高度柔性的导电织物和硅树脂电容可用作电容式感测元件，其可被布置为解耦材料的以下四种变形模式：单轴拉伸(即伸长)、弯曲、压缩压力和扭转。另外，除了本文所提供的或者本发明能够推断得出的用途之外，本发明的传感器良好适用于检测活动水管中的泄露、障碍物和管接头。

更具体地，通过以本文提供的或者以另外其他方式从本发明推断得出的方式布置电容传感器的阵列，并且将该阵列结合至硅树脂片等，可能测量并且解耦以下四种变形模式：单轴拉伸、弯曲、压力和扭转。给定所得复合传感器的性能特性，其良好适用于水下系统以监测管道中的泄露，并且将泄露与检测机器人可能会遇到的障碍物和管接头区分开，以及其他应用。应注意，本文提供的传感器能够将四种变形模式区分开，从而无需其他传感器。

本发明提供了基于电容的软纤维传感器阵列。这些传感器表现出线性并且可用于解耦单轴应变、弯曲、扭转和压力的影响。通过结合这些解耦的信号，所得的复合传感器提供了不仅表征泄露还能够表征障碍物、管接头和弯曲的更加可靠的方法。如本文所述，除了管道中泄露检测等的其他用途也通过描述的复合传感器设计实现。

复合传感器的一个示例实施例包括基体和六个单元传感器。该基体具有相对的第一表面和第二表面并且沿着基体的第一边受限。第一单元传感器布置在所述基体的所述第一表面上，第二单元传感器布置在所述基体的所述第二表面上，所述第二单元传感器与所述第一单元传感器基本对置。类似地，第三单元传感器布置在所述基体的所述第一表面上，第四单元传感器布置在所述基体的所述第二表面上，所述第四单元传感器与所述第三单元传感器基本对置。所述第三单元传感器的纵轴线基本上垂直于所述第一单元传感器的纵轴线，所述第四单元传感器的纵轴线基本上垂直于所述第二单元传感器的纵轴线。另外，第五单元传感器布置在所述基体的所述第一表面上，第六单元传感器布置在所述基体的所述第二表面上，所述第六单元传感器与所述第五单元传感器基本对置。所述第五单元传感器的纵轴线基本上平行于所述第一单元传感器的纵轴线，所述第六传感器的纵轴线基本上平行于第二单元传感器的纵轴线。所述复合传感器呈现出彼此解耦的四种变形模式。这些模式包括：沿所述基体的x轴的拉伸、沿所述基体的z轴的压缩力、围绕所述基体的y轴的弯曲和围绕所述基体的x轴的扭转。

六个单元传感器中的至少一个可包括电容传感器。在一些例子中，该六个单元传感器中的每一个均可包括电容传感器。(多个)电容传感器可包括(多个)电容式织物传感器。在一些实施例中，(多个)电容式织物传感器可包括电介质层，所述电介质层具有布置在其第一侧上的第一导电纤维和布置在其相对的第二侧上的、与所述第一导电纤维相对的第二导电纤维。

该基体可基本上比单元传感器中的每一个弹性更大。许多不同构型和形状的基体和传感器均可行。在至少一些实施例中，其中所述基体的第一中间线基本上平分所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中每一个的主体，所述基体的第二中间线基本上垂直于所述第一中间线，所述第二中间线基本上平分所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中每一个的主体。所述第一单元传感器和所述第二单元传感器的主体被布置在所述第二中间线的一侧上，所述第五单元传感器和所述第六单元传感器的主体被布置在所述第二中间线的相对侧上。在一些实施例中，所述基体具有基本呈狗骨头状的构型。

泄露检测机器人的一些实施例包括软体和联接至和/或布置在该软体上的至少一个复合传感器。该复合传感器包括具有对置的第一表面和第二表面的基体和四个单元传感器。第一和第三单元传感器布置在所述基体的所述第一表面上，第二和第四单元传感器布置在所述基体的所述第二表面上。所述第二单元传感器与所述第一单元传感器基本对置，所述第四单元传感器所述第三单元传感器基本对置。进一步地，所述第三单元传感器的纵轴线基本上垂直于所述第一单元传感器的纵轴线，第四单元传感器的纵轴线基本上垂直于第二单元传感器的纵轴线。所述复合传感器呈现出四种变形模式：沿所述基体的x轴的拉伸、沿所述基体的z轴的压缩力、围绕所述基体的y轴的弯曲和围绕所述基体的x轴的扭转。

四个单元传感器中的至少一个可包括电容传感器。在一些例子中，四个单元传感器中的每一个均可包括电容传感器。(多个)电容传感器可包括(多个)电容式织物传感器。在一些实施例中，(多个)电容式织物传感器可包括电介质层，所述电介质层具有布置在其第一侧上的第一导电纤维和布置在其相对的第二侧上的、与所述第一导电纤维相对的第二导电纤维。

四种变形模式可彼此解耦。在一些实施例中，机器人可包括第五单元传感器和第六单元传感器。第五单元传感器可布置在基体的第一表面上，第六单元传感器可布置在基体的第二表面上，第六单元传感器与第五单元传感器基本对置。第六单元传感器的纵轴线与第二单元传感器的纵轴线基本平行。

基体可基本上比单元传感器中的每一个弹性更大。许多不同构型和形状的基体和传感器是可用的。在其中采用六个单元传感器的至少一些实施例中，其中所述基体的第一中间线基本上平分所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中每一个的主体，所述基体的第二中间线基本上垂直于所述第一中间线，第二中间线基本上平分所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中每一个的主体。所述第一单元传感器和所述第二单元传感器的主体被布置在所述第二中间线的一侧上，所述第五单元传感器和所述第六单元传感器的主体可被布置在所述第二中间线的相对侧上。在一些实施例中，基体可具有基本呈狗骨头状的构型。机器人可包括能够联接至软体的端盖。

用于检测泄露的一个方法包括将流体驱动的机器人放入管道内，所述流体驱动的机器人具有用于检测泄露的至少一个复合传感器。该方法包括测量沿所述复合传感器的x轴线的拉伸、测量沿所述复合传感器的z轴的压缩力、测量围绕所述复合传感器的y轴的弯曲和测量围绕所述复合传感器的x轴的扭转。进一步地，该方法包括基于测得的所述拉伸、所述压缩力、所述弯曲和所述扭转中的至少一个确定管中存在泄漏。测得的拉伸、压缩力、弯曲和扭转中的每一个彼此解耦。

所述复合传感器沿其第一边受限。复合传感器可包括在本发明的权利要求书和/或说明书中描述的和/从本发明的权利要求书或说明书中推断得出的任何复合传感器。类似地，流动驱动机器人可包括本发明描述的或从本发明推断得出的任何机器人。

附图说明

结合附图从以下具体实施方式中更全面地理解本发明，其中：

图1是复合传感器的一个示例实施例的立体图；

图2A是复合传感器的另一个示例实施例的俯视图；

图2B是图2A的复合传感器沿线A-A截取的横截面图；

图3A是图2A的复合传感器的立体图；

图3B-3G是示出多种变形模式的图3A的复合传感器的示意立体图；

图4A至图4E示意性地示出用于制备复合传感器和/或单元传感器的制备工艺的一个示例实施例；

图5示出了管内泄露检测系统的一个非限制性实施例，该管内泄露检测系统可被联接至流动驱动机器人并可包括本发明的复合传感器中的一个或多个；

图6A示出了用于图5的管内泄露检测系统的支撑结构的一个实施例，该支撑结构具有四个径向延伸的支撑臂，所述支撑臂被构造为容置本发明中提供的一个或多个复合传感器，比如在图1和/或图2A中提供的复合传感器；

图6B示出了图6A的支撑结构的一个示例实施例，该支撑结构被构造为将本发明的四个复合单元传感器联接至其上；和

图7是复合传感器的又一个示例实施例的立体图。

具体实施方式

现将描述某些示例性实施例以全面理解本文公开的装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理。在附图中示出了这些实施例的一个或多个示例。本领域技术人员将理解，本文具体描述并在附图中示出的装置和方法是非限制性的示例性实施例，并且本发明的范围仅由权利要求书限定。结合一个示例性实施例示出或描述的特征可以与其他实施例的特征组合。这些修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在特征、侧面、物体、传感器、步骤等被描述为“第一”、“第二”、“第三”等的范围内，这种编号顺序通常是任意的，因此这些编号可互换。更进一步，本发明包括具有原型或小型模型的一些说明和描述。本领域技术人员将认识到如何根据本发明将所提供的技术、系统、设备和方法集成到产品中，例如用于检测管道泄漏的流动驱动机器人。

本发明总体提供了单个复合传感器，其能够测量以下四种彼此独立的变形模式：弯曲、压缩压力、单轴拉伸和扭转。传感器的构造使得变形模式彼此解耦，从而在传感器经受一个或多个力时允许彼此识别出不同模式。在一些实施例中，复合传感器可包括一系列传感器对，比如二对四个传感器或三对六个传感器，这些对为在基体或板的相对侧边上彼此相对的传感器。更具体地，一些实施例中的传感器设计可涉及创建多个单元传感器并且将它们结合至柔性橡胶基体以形成复合传感器，其中术语“复合”用于描述由单独的单元传感器制成的传感器，术语“单元”用于描述单个传感器部件(例如单个电容传感器)。

图1示出了本发明的复合传感器100的一个实施例，其可检测并且解耦上述四种变形模式。传感器100可包括基体102，其具有联接至其上的六个单元传感器10、20、30、40、50、60。基体可具有第一表面102a、与该第一表面相对的第二表面102b，并且可沿着一个边缘受限。在示出的实施例中，当沿其期望方向观察图片页时，基体102可沿着最左侧边缘104受限制。在一些实施例中，限制边缘104可固定附接至机器人(未示出)。参见图1所示的坐标系101，传感器100可呈现四种变形模式-沿着x轴的拉伸106、沿着z轴的压缩力108、围绕y轴的弯曲110和围绕x轴的扭转112。单元传感器10、20、30、40、50、60可以特定布置方式被布置在基体102上，使得这四种变形模式中的每一种均可被检测到并且彼此解耦。

第一单元传感器10可布置在基体的第一表面102a上。第二单元传感器20可基本上与第一单元传感器相对地布置在基体的第二表面102b上，即第一和第二单元传感器10、20可沿着基体102的x轴和y轴对齐。类似地，第三单元传感器30和第五单元传感器50可布置在基体的第一表面102a上，而第四单元传感器40和第六单元传感器60可分别与第三单元传感器和第五单元传感器30、50基本相对地布置在基体的第二表面102b上。如下文详细讨论，第一单元传感器、第五单元传感器、第二单元传感器和第六单元传感器10、50、20、60的纵轴线(即在每个单元传感器的所示长度、宽度和高度之间延伸最长所示尺寸的长度的轴线)可基本上彼此平行并且基本上垂直于第二单元传感器和第四单元传感器10、20的纵轴线。单元传感器10、20、30、40、50、60可布置在基体102上，使得基体的第一中间线M1可基本上平分第一、第二、第五和第六单元传感器中每一个的主体，基体的基本上垂直于第一中间线的第二中间线M2可基本平分第三和第四单元传感器中每一个的主体。第一和第二单元传感器10、20可布置在第二中间线M2的一侧上，第五和第六单元传感器50、60可关于第一和第二单元传感器布置在第二中间线M2的相对侧上。

虽然图1的实施例中示出了六个单元传感器10、20、30、40、50、60，但是本发明的复合传感器可具有少至四个单元传感器，这足以用于检测和解耦四种变形模式。更具体地，在图1的示出构型中，单元传感器10、20、30和50足以检测和解耦四种变形模式106、108、110、112，而单元传感器40和60可提供备份和结构益处。下表1示出了在参照图1的复合传感器100示出和描述的构型中单元传感器10、20、30、40、50、60响应于每种变形模式的敏感度。

表1

在单轴拉伸106中，单元传感器10、20、50和60承受最大变形，并且由此呈现出最强反应。单元传感器30和40侧向取向(即每个均具有基本平行于基体y轴的纵轴线)，使得这些单元传感器30、40响应于单轴拉伸106，但是程度较小。在围绕y轴弯曲时，如由图1中的箭头110所示(即沿着z轴的负向)，结合至基体102的第一表面102a的单元传感器10、30和50呈现正响应，单元传感器10和50具有最强的正响应。相反地，结合至基体102的第二表面102b的单元传感器20、40和60呈现负响应，单元传感器20和40具有最强的负响应。当沿反向例如在沿着z轴的正向发生弯曲110时，单元传感器10、20、30、40、50和60的响应也相反(即单元传感器10、30和50呈现负响应，而单元传感器20、40和60呈现正响应)。在均匀压缩108中，所有六个单元传感器10、20、30、40、50和60承受相同的应变，所以每个单元传感器呈现相同的正响应。在扭转112中，关于旋转轴偏轴布置的单元传感器即传感器10、20、50和60显示出正响应。穿过旋转轴的单元传感器例如单元传感器30和40没有响应。采用上文所述的单元传感器的敏感度矢量，四种变形模式可被解耦。

图2A和图2B示出了本发明的复合传感器200的另一个实施例，其可包括基体202和六个单元传感器1、2、3、4、5、6，该六个单元传感器可以类似于上文关于图1描述的构型布置在基体上。图2A示出了复合传感器200的俯视图，图2B示出了沿着图2A的线A-A截取的复合传感器的横截面视图。在一些实施例中，基体200可以是呈“狗骨头”形的橡胶基体，其具有第一表面202a和与该第一表面相对的第二表面202b。单元传感器1、3和5可被布置在基体的第一表面202a上。单元传感器2、4和6可基本上分别与单元传感器1、3和5相对地布置在第二表面202b上。虽然未示出，但是复合传感器200可沿着基体202的一个边缘例如沿着沿y轴延伸的第一或第二边缘204或206受限，使得复合传感器200可呈现上文参照图1讨论的四种变形模式。如图2B所示，在一个实施例中，每个单元传感器1、2、5和6均可包括两个高度导电的织物片208a、208b，该织物片能够结合至硅树脂电介质膜210的任一侧以形成能够形成单元传感器的电容器。单元传感器3和4可与图2B中示出和描述的单元传感器类似地形成。接线212a、212b可延伸自每个单元传感器1、2、3、4、5和6以将单元传感器响应传输至连接的电子装置。织物片208a、208b和硅树脂电介质膜210二者的弹性基本上小于可由整块弹性件形成的基体202。

图2A包含单元传感器1、2、3、4、5、6的复合传感器的一部分的立体图示出在图3A中，复合传感器的各个变形模式在图3B至图3G中示出。由于复合传感器200的几何形状是能够沿着一个边缘例如204或206受限的基体202，该复合传感器200可呈现四种变形模式：沿着x轴向的拉伸(图3B)；围绕y轴的弯曲(图3C)；沿z轴的压缩压力(图3D)；和围绕x轴的扭转(图3E)。除了在图3A至图3D中示出了复合传感器100的应变分布之外，图3F和图3G示出了两个面202a、202b上平行于y轴的单轴拉伸(图3F)和围绕z轴的弯曲(图3G)。因为复合传感器200不能提供沿着y轴的反作用力，所以其将不会显示在单元传感器1、2、3、4、5、6的所得响应中。相较于其它弯曲模式而言，围绕z轴的变弯是非常困难的，所以不去测量它，因为它对应变的贡献可忽略不计。在图3B至图3G的示出应变变形中，传感器200可沿着边缘204受限，如由在这些图中示出的基体202的部分边缘204′处的两组垂直固定力箭头所示。图3B至图3G中传感器200从较深阴影至较浅阴影、直至白色的颜色梯度反应了应变幅度的增加。图像之间的阴影具有不同比例。

本领域技术人员将意识到复合传感器的其他构型是可行的，其具有使得四种变形模式能够彼此解耦的设计。该四种变形模式可例如通过提供至少四个传感器以组成复合传感器来实现。在示出的实施例中，六个传感器用于组成复合传感器，其可提供一些有益的备份。也可采用多于六个的传感器，虽然包括六个以上传感器通常不会提供额外的独特信息。

在图1A至图3G的示出实施例中，延伸单元传感器10、1和单元传感器50、5的长度(即图1至图2B中单元传感器10、1和单元传感器50、5的示出长度、宽度和高度之间的最长示出尺寸)的纵轴线可基本上彼此平行，而延伸单元传感器30、3的长度(即在图1至图2B中传感器30、3的示出长度、宽度和高度之间的最长示出尺寸)的纵轴线可基本上平行于传感器10、1和传感器50、5的纵轴线。替代地，这些纵轴线中的一个或多个可关于其他轴线以非正交角度布置和/或可基本上不平行于其他轴线，虽然通常情况下此种构型可能并非像示出实施例一样执行得好。另外，虽然图2A和图2B的示出实施例提供了具有狗骨头形状的基体，但是可采用许多其他的基体形状，只要这种设计允许在这种基体上布置期望的传感器构型。另外，参照图1至图3G中的传感器描述的材料是可采用材料类型的非限制性实施例，就本发明而言，本领域技术人员将理解可采用其他材料以得到类似和/或期望的结果。

单元传感器制备

图4A至图4E有助于示出用于本文公开的复合传感器和单元传感器的制备工艺的一个实施例。如下文更详细的讨论，该工艺可包括粘接过程以创建本发明的单元传感器，比如上文关于图1和图2A的复合传感器100、200描述的那些传感器。

每个单元传感器可为电容传感器并且可包括两层高度导电织物，该两层高度导电织物能够夹持用作电介质的硅树脂膜。通常情况下，创建膜，接下来可将该织物粘附至该膜的任一侧。可例如采用激光切割器切割边缘以确保重复性。

电容可受以下至少四个因素影响：电极面积(A)、电介质的厚度(d)、真空介电常数(ε₀)和硅树脂介电常数。单元传感器的电容由以下等式建模：

可见，如果织物的泊松比等于电介质的泊松比，如果两种材料机械结合就是这种情况，那么关于单轴应变ε_x的电容为：

由于纺织品也可对弹性件的整体性能产生影响，每个单独的传感器对单轴应变的敏感度比由此公式预测的要高或低。

为了创建膜，可准备硅树脂层，例如脂肪族/芳香族无规共聚酯(Ecoflex00-30)(Smooth-on有限公司)。如脂肪族/芳香族无规共聚酯的材料是电介质。在不脱离本发明精神的情况下，还可采用其他电介质材料。当采用脂肪族/芳香族无规共聚酯时，可根据包装说明进行制备。参见图4A，硅树脂层402可以在金属表面404比如铝板上以厚度t约为0.10毫米的层或膜放置。这可例如通过采用薄膜施加器完成。硅树脂层402的厚度t可被测得为第一表面402a和与该层的第一表面对置的第二表面402b之间的距离。硅树脂层402可以在约65.6℃的烘箱(例如，Kenmore Elite 76771)里在在空气循环下固化约20分钟。图4A提供了所得构型。

准备导电层用作布置在硅树脂层402上的一个或多个电极。更具体地，参见图4B，准备第一导电层406和第二导电层408以分别放置在硅树脂层402的第一表面和第二表面402a、402b上。每个导电层406、408可由导电织物410制成，该导电织物可切割成具有比单元传感器的预期尺寸稍大的片段，该片段表示为图4B中的每个导电织物区段上的虚线轮廓412以供参考。例如，导电织物410可为双向编织的导电镀银尼龙织物(例如荷兰的HollandShielding品牌的4900弹力导电织物)，其可用作电极。带有导电胶(例如美国CA的Kraftex)的一片铜带414可附接至导电织物410，其可用于形成标签(图4E的424)。在一些实施例中，每片铜带414可为约6毫米乘6毫米的正方形并且厚度约为2.54厘米。可将约为0.10毫米的粘接层施加至先前固化的硅树脂层402的第一表面402a，制备好的第一导电层406即电极可被覆盖在粘结层的顶部上。可例如通过采用金属辊移除气泡。此单元可在约65.6℃的烘箱(例如，Kenmore Elite 76771)里固化约20分钟。可将第一导电层406和第二导电层408翻过来并且可再次移除气泡。

可采用类似工艺在硅树脂层402(即电介质)的第二表面402b上提供导电层408(即电极)。因此，可将约0.10毫米的粘接层施加在硅树脂层402的第二表面402b的顶部上，第二导电层408可覆盖在粘接层的顶部上，几乎与硅树脂层402的第一表面402a上的导电层406对齐。每个导电层406、408可被布置为使得当导电层被粘附至硅树脂层402时，铜带片414露出，即铜带片背离电介质。

如图4C所示，例如通过采用金属辊416将气泡从第二导电层408移除。另外，辊416可确保层408、402之间的牢固接触。具有粘附到其上的导电层406、408的硅树脂层402电介质可以在烘箱(例如，Kenmore Elite 76771)中通过与上述相同的热处理进行固化。

固化的导电层406、408和硅树脂层402可形成三层传感器垫418，如图4D所示。为了准备激光切割，可将三层传感器垫418放置在丙烯酸片材上，可根据取向将一片胶纸带420施加至顶层例如导电层408或406上以将三层传感器垫418固定到铝板404上。如图4D所示，激光切割器422(例如Epilog激光切割器)可用于例如以约30％的速度、约50％的功率和约50％的频率沿着传感器轨迹423切割传感器。激光切割器422可烧灼传感器的边缘，即沿着传感器轨迹423，这可降低例如当采用剪切机切割传感器时可能发生的两个织物电极即导电层406、408接触的风险。另外，激光切割器422可提供无法手动实现的更加精细的切割。例如，可在胶纸带420中切割标签，使得铜带片414露出以形成传感器的电连接424。另外，可将30AWG(美国线规)线(柔性硅树脂线，Striveday)焊接至铜电连接424。可移除位于标签的相对侧上的织物层以减轻标签对传感器的电容的影响。在图4E中示出了本发明的单元传感器400的所得非限制性示例实施例，其中线426焊接至两个铜带片414中的每一个。此相同过程或导致类似执行传感器的其他过程可用于复合传感器100、200的所有单元传感器，例如在本文描述的复合传感器100、200中示出的所有六个单元传感器，以及在本文中提供或者以其他方式从本发明推断得出的其他传感器。

复合传感器制备

为了创建本发明的复合传感器，多个单元传感器400以特定图案可布置在基体等上，如上文所述。参见在图2A中示出的复合传感器200，该基体202可为整块弹性件，其提供物理结构以用作用于复合传感器的单元传感器1、2、3、4、5、6的安装板。例如，在一个示例实施例中，可采用3D打印模制(Fortus 250mc,Stratasys)由丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂(ABS)制备层厚约为1.5mm的、呈狗骨头形状的蓝色Mold STAR 30橡胶(Smooth-On)，并且在约65.6℃的烘箱中(例如，Kenmore Elite 76771)里固化约30分钟。层厚约为0.2毫米的MoldStar30橡胶可在狗骨头的中间部段上蔓延，三个电容单元传感器1、3、5能够布置在此粘接层的顶部上，线212a、212b向侧面延伸。对于传感器3，传感器的导电接头可由金属支架等支撑，从而其不会与狗骨头状基体202结合。这可在约65.6℃的烘箱(例如Kenmore Elite76771)中固化约20分钟。该复合传感器200可翻转，传感器2、4和6可布局。在一些实施例中，单元传感器1、2、3、4、5、6可参照图1如上文所述布置，其可获得检测和解耦四个变形力的期望功能。

解耦方法

通过记录这六个单元传感器中的每一个对于四种变形模式中的每一个的基线值和灵敏度，可识别出每种弯曲模式对总电容变化的贡献程度。因为对于每种模式的给定贡献(拉伸应变、弯曲曲率、压缩压力和扭转角度)，每种变形模式均会引起容量的线性变化，所以可采用线性代数以在给定六个传感器读数情况下解耦四种变形中的每一个。下表是对复合传感器200中六个单元传感器1、2、3、4、5、6中的每一个响应于四种变形模式所经受的敏感度的总结：

表1对变形模式的敏感度

数据为6×4维度的敏感度矩阵S。d为每种模式(拉伸、弯曲、压缩和扭转)贡献的变形，表示为4×1矩阵。c为每个传感器基线电容的相对电容变化，表示为6×1矩阵。假设c是单个变形的叠加，因为小变形的每种模式的局部线性，这是有效的，如果S和d已知，则可以计算c。

S·d＝c (4)

为了通过了解相对容量变化而解耦单个应变，可解出d。因为S是一个非方形矩阵，但是已知S列是独立的，可以计算出伪逆矩阵：

S⁺＝(S^T·S)^-1·S^T (5)

由此，

d＝S⁺·c＝(S^T·S)^-1.S^T·c (6)

应用于泄露检测

本文描述的概括性的变形复合传感器可用于泄露检测，因为该复合传感器能够良好地适用于解决传感器正在如何变形之间的差异。如上文讨论，管道中的泄露可引起沿x轴的正单轴拉伸和沿y轴的负弯曲。管道中的障碍物引起沿y轴的正弯曲，并且如果该障碍物并非均匀地接触传感器，那么可能引起沿x轴的扭转。通过将本发明的多个复合传感器定位在靠近管道内表面的环内并且每个复合传感器均联接至相同的机器人装置，可能随着机器人穿过管长同时扫描整个管道。例如，剪裁的复合传感器可代替流动驱动无人机上的蓝色传感肋片，该蓝色传感肋片可被设计为测量泄露产生的局部压力梯度。本发明的剪裁的复合传感器此外还具有以下优点：呈线性、具有最小滞后、能够解耦所有四种变形力、不需要与惯性测量单元(IMU)融合的传感器以及相比于约20Hz在超过250Hz的频率记录。另外，对置的成对复合传感器的弯曲角可用于随着机器人穿过弯曲部计算管接头的曲率。在一些情况下，某些全局性能比如温度会影响复合传感器的电介质常数，在此情况下与接触力(例如局部压力梯度)分隔开的复合传感器可用于校准。

本发明的复合传感器是防水的以允许用于水下泄露检测。借助于非限制性实施例，这可以通过将该复合传感器放在模具中并且围绕该复合传感器倾倒Ecoflex 00-30完成。此种技术可形成不透气的密封。

机器人的至少一个示例包括在Wu等人的题为“管内泄露检测系统、装置和方法”的第10,845,007号美国专利中描述的机器人，该机器人可以与所公开的传感器一起使用或者可适于允许使用所公开的传感器。图5至图6B示出了管内泄露检测系统的一个示例，其可联接至流动驱动机器人并且可包括本发明的复合传感器100、20中的一个或多个。图5示出了联接至流动驱动机器人或无人机1200的管内泄露检测系统1201的一个实施例。例如，该流动驱动机器人1200可包括用于将泄露检测系统1201运输通过管路的管路检具(PIG)。泄露检测系统1201可包括多个复合传感器1203，比如上文结合图1至图4E描述的那些复合传感器，每个复合传感器1203的一条边被泄露检测系统的支撑结构230限制。通过流动驱动机器人，系统1201以流动速度被运输通过管路。例如，在一些实施例中，流体流动的速度可约为0.1m/s并且更大。如图所示，流动驱动机器人1200可包括盖1202和由橡胶制成的软体部分1204。软体部分1204可例如促进机器人转过管路中的弯头而不被卡住。在一些实施例中，流动驱动机器人1200的软体可被构造为容置处理器、存储器、位置编码器、IMU、网络通信处理器和能量供给中的一个或多个。流动驱动机器人1200可联接至支撑结构230的底座部分1206，从而来自多个复合传感器1203的线或其他导线可联接至处理器。

图6A示出了用于管内泄露检测系统的支撑结构1200的一个示例实施例，其可与本发明的复合传感器(例如图5)结合使用。如图所示，支撑结构1300包括底座1302、毂盘1304、四个径向延伸的支撑臂1306和四个刚性插槽结构1308。在示出的实施例中，底座1302基本呈圆形，虽然也可能为多种其他形状。毂盘1304可在底座1302的内表面上居中布置。该四个支撑臂1306可联接至公用毂盘1304并且径向延伸远离该毂盘1304。径向延伸支撑臂1306中的每一个可在终端处联接至四个刚性支撑结构1308中的每一个。臂1306可用于将对应复合传感器(例如100、200、1201)附接至支撑结构1300。该四个刚性插槽结构1308中的每一个均基本上垂直于底座1302延伸，从而复合传感器(未示出)可基本上平行于或对齐于流体流动的轴向定位。每个刚性插槽结构1308可呈弓形，从而刚性插槽结构可形成环形阵列以适形于和/或适用于管道内壁的周向。虽然示出了四个支撑臂1306和插槽结构1308，但是至少部分根据用于检测流体泄露的隔膜的数量以及其他因素，可采用更多或更少的支撑臂和插槽结构。

图6B示出了附接至本发明的四个复合传感器1310的图6A的支撑结构的一个示例实施例。如图所示，四个复合传感器1310中的每一个均被布置在刚性插槽结构1308中的对应一个内。四个隔膜1310相对于底座1302基本垂直延伸，从而其上布置有单元传感器的复合传感器的第一表面(例如，图2A的复合传感器200的包含单元传感器1、3、5的第一表面202a)的泄露可面向内壁。图6B示出了四个复合传感器1310被用于基本覆盖管道的整个周向，从而该隔膜可检测管周的四个象限中每个象限内的泄露。但是，多于四个的隔膜或者具有不同尺寸和构型的隔膜可用于将管周分成多于或少于四个象限，由此使得系统更加精确地定位管周内泄露的径向泄露。另外，在一些实施例中，其他隔膜可沿流体流动的轴向层叠在隔膜正面或者隔膜后面的一侧或两侧上，以有助于封闭在相邻隔膜之间形成的任何开口。

机器人的一些其他非限制实施例包括在以下文献中描述的机器人(机器人可以与公开的传感器一起使用的或者能够适用于允许使用公开的传感器)：授予Ben-Mansour等人的题为“基于力传导的泄露检测系统(Leak Detection System Based on ForceTransduction)”的第8,869,599号美国专利、授予Chatzigeorgiou等题为“泄露检测设备(Leak Detection Apparatus)”的第9,285,290号美国专利、授予Choi等人的题为“具有最小能量损耗的可控法向力机构(Controllable Normal Force Mechanism with MinimumEnergy Consumption)”的第9,321,466号美国专利、授予Khalifa等人的题为“基于压力梯度变化的管内泄露检测(In-Pipe Leak Detection Based on Pressure Gradient)”的第9,335,233号美国专利、授予Youcef-Toumi等人题为“柔顺泄露检测系统(Compliant LeakDetection System)”的第10,078,031号美国专利和授予Wu等人的题为“用于管内任务的软体机器人(Soft Body Robot for In-Pipe Missions)”的第10,451,210号美国专利。

其他领域的延伸

本发明的复合传感器可用于泄露检测之外的应用。例如，机器人抓取是一个可以从增加的几何建模中受益的领域，因为传感器的解耦测量可用于确定被抓取物体的曲率以及接触表面压力。扭转轴可以提供与物体形状相关的附加信息。

该传感器还可用于可穿戴技术，特别是围绕具有多种弯曲模式的人体关节，例如手腕、肩部或臀部。这可以实现动态关节角度的高频测量，同时最小化用户的物理阻力。

三个传感器实施例

图7示出了复合传感器500的另一个实施例，其可由其上布置有至少三个单元传感器的基体502形成。在示出的实施例中，第一和第三单元传感器510、530可布置在基体502的第一表面502a上，第二和第四单元传感器520、540可分别与第一和第三单元传感器510、530基本对置地布置在基体的第二表面502b上。单元传感器510、520、530、540可以特定构型布置使得复合传感器500可检测且解耦以下三种变形模式(参照坐标系501)：沿x轴的拉伸504、沿y轴的弯曲506、沿z轴的压缩508，该复合传感器可包括布置在基体502上的四个单元传感器510、520、530、540。例如，单元传感器可以以“T”构型放置。通过此构型，沿x轴的拉伸504会引起单元传感器510、520强烈响应，而在一些实施例中，沿横向于并且基本垂直于基体的x轴的取向布置在基体502上的单元传感器520、540响应较弱。沿y轴的弯曲会引起单元传感器510、520相较于单元传感器530、540最大程度地弯曲或变弯。因此，第一和第二单元传感器510、520以相反踪迹强烈响应。第三和第四单元传感器530、540可与第一和第二单元传感器510、520类似地响应，但是响应程度没那么强烈，因为第三和第四单元传感器的弯曲弧长较小。沿z轴的均匀压缩508会使每个单元传感器510、520、530、540承受相同的应变，所以所有的单元传感器响应于这种压缩反应一致。虽然例如为了结构完整性、对称性等在示出的构型中包括第四单元传感器540，但是第四单元传感器是备份的。因此，仅具有第一、第二和第三单元传感器510、520、530的复合传感器能够成功检测和解耦拉伸504、弯曲506和压缩508。复合传感器500如上文所述能够沿着基体502的一条边512受限。复合传感器500和单元传感器510、520、530、540可根据上文所述的技术形成。

上文所述实施例的示例可包括以下内容：

1.一种复合传感器，其包括：

基体，其具有相对的第一表面和第二表面，所述基体沿其第一边受限；

第一单元传感器，其布置在所述基体的所述第一表面上；

第二单元传感器，其布置在所述基体的所述第二表面上，所述第二单元传感器与所述第一单元传感器基本对置；

第三单元传感器，其布置在所述基体的所述第一表面上，所述第三单元传感器的纵轴线基本上垂直于所述第一单元传感器的纵轴线；

第四单元传感器，其布置在所述基体的所述第二表面上，所述第四单元传感器与所述第三单元传感器基本对置并且其纵轴线基本垂直于所述第二单元传感器的纵轴线；

第五单元传感器，其布置在所述基体的所述第一表面上，所述第五单元传感器的纵轴线基本上平行于所述第一单元传感器的纵轴线；和

第六单元传感器，其布置在所述基体的所述第二表面上，所述第六单元传感器与所述第五单元传感器基本对置并且其纵轴线基本上平行于所述第二单元传感器的纵轴线；

其中所述复合传感器呈现出彼此解耦的四种变形模式，所述四种变形模式包括：沿所述基体的x轴的拉伸、沿所述基体的z轴的压缩力、围绕所述基体的y轴的弯曲和围绕所述基体的x轴的扭转。

2.根据权利要求1所述的复合传感器，其中所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器、所述第四单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中的至少一个包括电容传感器。

3.根据权利要求2所述的复合传感器，其中所述电容传感器包括电容式织物传感器。

4.根据权利要求3所述的复合传感器，其中所述电容式织物传感器包括电介质层，所述电介质层具有布置在其第一侧上的第一导电纤维和布置在其相对的第二侧上的、与所述第一导电纤维相对的第二导电纤维。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的复合传感器，其中所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器、所述第四单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中的每一个均包括电容传感器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合传感器，其中所述基体基本上比所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器、所述第四单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中的每一个的弹性更大。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合传感器，

其中所述基体的第一中间线基本上平分所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中每一个的主体，和

其中所述基体的第二中间线基本上垂直于所述第一中间线并且基本上平分所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中每一个的主体，所述第一单元传感器和所述第二单元传感器的主体被布置在所述第二中间线的一侧上，所述第五单元传感器和所述第六单元传感器的主体被布置在所述第二中间线的相对侧上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合传感器，其中所述基体具有基本上狗骨头状的构型。

9.一种泄露检测机器人，包括：

软体；和

至少一个复合传感器，该复合传感器的至少一个联接至所述软体或布置在所述软体上，所述至少一个复合传感器包括：

基体，其具有相对的第一表面和第二表面；

第一单元传感器，其布置在所述基体的所述第一表面上；

第二单元传感器，其布置在所述基体的所述第二表面上，所述第二单元传感器与所述第一单元传感器基本对置；

第三单元传感器，其布置在所述基体的所述第一表面上，所述第三单元传感器的纵轴线基本上垂直于所述第一单元传感器的纵轴线；

第四单元传感器，其布置在所述基体的所述第二表面上，所述第四单元传感器基本上与所述第三单元传感器对置并且其纵轴线基本上垂直于所述第二单元传感器的纵轴线；

其中所述复合传感器呈现出四种变形模式，所述四种变形模式包括：沿所述基体的x轴的拉伸、沿所述基体的z轴的压缩力、围绕所述基体的y轴的弯曲和围绕所述基体的x轴的扭转。

10.根据权利要求9所述的机器人，其中所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中的至少一个包括电容传感器。

11.根据权利要求10所述的机器人，其中所述电容传感器包括电容式织物传感器。

12.根据权利要求11所述的机器人，其中所述电容式织物传感器包括电介质层，所述电介质层具有布置在其第一侧上的第一导电纤维和布置在其相对的第二侧上的、与所述第一导电纤维对置的第二导电纤维。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的机器人，其中所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中的每一个均包括电容传感器。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的机器人，其中所述至少一个复合传感器还包括：

第五单元传感器，其布置在所述基体的所述第一表面上，所述第五单元传感器的纵轴线基本上平行于所述第一单元传感器的纵轴线；和

第六单元传感器，其布置在所述基体的所述第二表面上，所述第六单元传感器与所述第五单元传感器基本对置并且其纵轴线具有基本上平行于所述第二单元传感器的纵轴线，

其中所述四种变形模式彼此解耦。

15.根据权利要求14所述的机器人，

其中所述基体的第一中间线基本上平分所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中每一个的主体，和

其中所述基体的第二中间线基本上垂直于所述第一中间线并且基本上平分所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中每一个的主体，所述第一单元传感器和所述第二单元传感器的主体被布置在所述第二中间线的一侧上，所述第五单元传感器和所述第六单元传感器的主体被布置在所述第二中间线的相对侧上。

16.根据权利要求9至15中任一项所述的机器人，其中所述基体具有基本上狗骨头状的构型。

17.根据权利要求9至16中任一项所述的机器人，还包括联接至所述软体的端盖。

18.一种用于检测泄露的方法，包括：

将流体驱动的机器人放入管道内，所述流体驱动的机器人包括用于检测泄露的至少一个复合传感器；

测量沿所述复合传感器的x轴的拉伸；

测量沿所述复合传感器的z轴的压缩力；

测量围绕所述复合传感器的y轴的弯曲；

测量围绕所述复合传感器的x轴的扭转；和

基于测得的所述拉伸、所述压缩力、所述弯曲和所述扭转中的至少一个确定管道中存在泄漏，

其中测得的拉伸、压缩力、弯曲和扭转中的每一个彼此解耦。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述复合传感器沿其第一边受限。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中所述复合传感器包括权利要求1至17中任一项所述的复合传感器。

基于上述实施例，本领域技术人员将理解本发明的进一步特征和优点。因此，本发明不受已经具体示出和描述的内容限制，除非由所附权利要求提及。本文引用的所有出版物和参考文献均通过参考整体明确并入本文。

Claims (20)

1.一种复合传感器，其包括：

基体，其具有相对的第一表面和第二表面，所述基体沿其第一边受限；

第一单元传感器，其布置于所述基体的所述第一表面；

第二单元传感器，其布置于所述基体的所述第二表面，所述第二单元传感器与所述第一单元传感器是基本对置的；

第三单元传感器，其布置于所述基体的所述第一表面，所述第三单元传感器的纵轴线大体垂直于所述第一单元传感器的纵轴线；

第四单元传感器，其布置于所述基体的所述第二表面，所述第四单元传感器与所述第三单元传感器是基本对置的并且其纵轴线大体垂直于所述第二单元传感器的纵轴线；

第五单元传感器，其布置于所述基体的所述第一表面，所述第五单元传感器的纵轴线大体平行于所述第一单元传感器的纵轴线；和

第六单元传感器，其布置于所述基体的所述第二表面，所述第六单元传感器与所述第五单元传感器是基本对置的并且其纵轴线大体平行于所述第二单元传感器的纵轴线；

其中所述复合传感器呈现出彼此解耦的四种变形模式，所述四种变形模式包括：沿所述基体的x轴的拉伸、沿所述基体的z轴的压缩力、绕所述基体的y轴的弯曲和绕所述基体的x轴的扭转。

2.根据权利要求1所述的复合传感器，其中所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器、所述第四单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中的至少一者包括电容传感器。

3.根据权利要求2所述的复合传感器，其中所述电容传感器包括电容式织物传感器。

4.根据权利要求3所述的复合传感器，其中所述电容式织物传感器包括电介质层，所述电介质层具有布置在其第一侧的第一导电纤维和布置在其相对的第二侧的、与所述第一导电纤维相对的第二导电纤维。

5.根据权利要求2所述的复合传感器，其中所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器、所述第四单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中的每一者均包括电容传感器。

6.根据权利要求1所述的复合传感器，其中所述基体基本上比所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器、所述第四单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中的每一个的弹性更大。

7.根据权利要求1所述的复合传感器，

其中所述基体的第一中间线基本上平分所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中每一者的主体，和

其中所述基体的第二中间线基本上垂直于所述第一中间线并且基本上平分所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中每一者的主体，所述第一单元传感器和所述第二单元传感器的主体布置在所述第二中间线的一侧，所述第五单元传感器和所述第六单元传感器的主体布置在所述第二中间线的相对侧。

8.根据权利要求1所述的复合传感器，其中所述基体具有大体呈狗骨头状的构型。

9.一种泄露检测机器人，包括：

软体；和

至少一个复合传感器，该复合传感器的至少一个联接至所述软体或布置至所述软体，所述至少一个复合传感器包括：

基体，其具有相对的第一表面和第二表面；

第一单元传感器，其布置于所述基体的所述第一表面；

第二单元传感器，其布置于所述基体的所述第二表面，所述第二单元传感器基本上与所述第一单元传感器对置；

第三单元传感器，其布置于所述基体的所述第一表面，所述第三单元传感器的纵轴线大体垂直于所述第一单元传感器的纵轴线；

第四单元传感器，其布置于所述基体的所述第二表面，所述第四单元传感器基本上与所述第三单元传感器对置并且其纵轴线大体垂直于所述第二单元传感器的纵轴线；

其中所述复合传感器呈现出四种变形模式，所述四种变形模式包括：沿所述基体的x轴的拉伸、沿所述基体的z轴的压缩力、围绕所述基体的y轴的弯曲和围绕所述基体的x轴的扭转。

10.根据权利要求9所述的机器人，其中所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中的至少一者包括电容传感器。

11.根据权利要求10所述的机器人，其中所述电容传感器包括电容式织物传感器。

12.根据权利要求11所述的机器人，其中所述电容式织物传感器包括电介质层，所述电介质层具有布置在其第一侧的第一导电纤维和布置在其相对的第二侧的、与所述第一导电纤维对置的第二导电纤维。

13.根据权利要求10所述的机器人，其中所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中的每一者均包括电容传感器。

14.根据权利要求10所述的机器人，其中所述至少一个复合传感器还包括：

第五单元传感器，其布置于所述基体的所述第一表面，所述第五单元传感器的纵轴线大体平行于所述第一单元传感器的纵轴线；和

第六单元传感器，其布置于所述基体的所述第二表面，所述第六单元传感器与所述第五单元传感器基本对置并且其纵轴线具有大体平行于所述第二单元传感器的纵轴线，

其中所述四种变形模式彼此解耦。

15.根据权利要求14所述的机器人，

其中所述基体的第一中间线基本上平分所述第一单元传感器、所述第二单元传感器、所述第五单元传感器和所述第六单元传感器中每一个的主体，和

其中所述基体的第二中间线基本上垂直于所述第一中间线并且基本上平分所述第三单元传感器和所述第四单元传感器中每一个的主体，所述第一单元传感器和所述第二单元传感器的主体布置在所述第二中间线的一侧，所述第五单元传感器和所述第六单元传感器的主体布置在所述第二中间线的相对侧。

16.根据权利要求9所述的机器人，其中所述基体具有大体呈狗骨头状的构型。

17.根据权利要求9所述的机器人，还包括联接至所述软体的端盖。

18.一种用于检测泄露的方法，包括：

将流体驱动的机器人放入管道内，所述流体驱动的机器人包括用于检测泄露的至少一个复合传感器；

测量沿所述复合传感器的x轴的拉伸；

测量沿所述复合传感器的z轴的压缩力；

测量围绕所述复合传感器的y轴的弯曲；

测量围绕所述复合传感器的x轴的扭转；和

基于测得的所述拉伸、所述压缩力、所述弯曲和所述扭转中的至少一个确定管道中存在泄漏，

其中测得的拉伸、压缩力、弯曲和扭转中的每一个是彼此解耦的。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述复合传感器沿其第一边受限。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述复合传感器包括权利要求1所述的复合传感器。

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