CN116352763A - 应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统及方法，其特征在于，包括可贴合的柔性触觉传感阵列和数据采集与处理装置，柔性触觉传感阵列包括一对柔性基底、封装于两柔性基底之间的压力敏感层以及柔性基底之外的器件保护层；柔性基底上设有若干等间距平行设置的电极，且两柔性基底上的电极正交设置构成阵列；压力敏感层通过电极与数据采集与处理装置连接。本发明实现实时的接触式触觉感知，从而在人机交互、多机协作的实际应用场景中实现低成本的机器人碰撞检测，保障机器人运行安全。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统及方法。
背景技术
智能机器人技术是当今发展最引人注目的高新技术之一，其基于计算机视觉、自然语言处理、深度学习等技术将多种传感器得到的信息进行融合，能够有效的适应变化的环境，具有很强的自适应、学习和自我决策能力。智能机器人已经逐步走入我们的日常生活，在工业、医疗、服务、物流等领域有着广泛的应用前景，用以代替人类执行各种任务，此时机器人的安全性能就显得至关重要，而机器人碰撞检测能力直接决定了机器人的安全性能。
现有技术中，机器人碰撞检测普遍采用的有两种方式，一种是接触式，另一种是非接触式。接触式主要分为基于电流环、关节力矩传感器和电子皮肤的碰撞检测，非接触式主要分为基于视觉、红外和超声波传感器的碰撞检测。非接触式碰撞检测的上述方法，成本高昂，容易受到环境因素的干扰，且难以做到全方位覆盖，导致碰撞检测效果较差。接触式碰撞检测中，基于电流环的碰撞检测是在机器人动力学模型的基础上，结合电流环力矩反馈信息感知外力，并判断是否发生碰撞的，但机器人动力学模型难以精确辨识，导致该方法灵敏度和可靠性不高；基于关节力矩传感器的碰撞检测是直接根据关节力矩传感器的反馈信息感知外力，并判断是否发生碰撞的，但力矩传感器成本高，难以大批量使用；基于电子皮肤的碰撞检测是根据机器人表面电子皮肤中的压力传感器检测信息感知外力，并判断是否发生碰撞的，但目前仅基于单一单元的电子皮肤传感器，空间分辨率低，导致该方法检测精度不高。
电子皮肤因其柔性、易于贴合不规则表面，而在智能机器人领域显示出广阔的应用前景，其能够检测传感器与环境直接接触时的外部环境参数，从而反应外部环境的状况，进而实现显示、传输和控制。在机器人碰撞检测应用中，电子皮肤能够顺应地贴附并覆盖机器人表面，实现全方位覆盖，并显示碰撞发生的区域。因此亟需一种低成本、高空间分辨率的大面积电子皮肤系统以实现全方位的机器人碰撞检测，保障机器人安全运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统及方法，实现实时的接触式触觉感知，从而在人机交互、多机协作的实际应用场景中实现低成本的机器人碰撞检测，保障机器人运行安全。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，包括可贴合的柔性触觉传感阵列和数据采集与处理装置，
柔性触觉传感阵列包括一对柔性基底、封装于两柔性基底之间的压力敏感层以及柔性基底之外的器件保护层；柔性基底上设有若干等间距平行设置的电极，且两柔性基底上的电极正交设置构成阵列；柔性基底非电极面设有位于电极正交点上方的凸点阵列；压力敏感层与数据采集与处理装置连接。
按照上述技术方案，柔性基底为聚酰亚胺薄膜材质的柔性电路板；电极为PI-Ag材质的导电复合物；压力敏感层为渗碳聚烯烃材质；器件保护层为PU薄膜；凸点阵列包括锡点、硅胶或UV胶。
按照上述技术方案，作为器件保护层的PU薄膜厚度为0.5～2mm，电极的宽度为1-5mm，相邻平行的电极间隔为6-15mm；凸点的直径为1-3mm，高度为0.3-0.8mm。
按照上述技术方案，柔性基底及压力敏感层通过低表面能双面胶上下贴合，并通过冷压工艺与器件保护层进行柔性封装。
柔性触觉传感阵列和数据采集与处理装置通过定制图案化的柔性基底上的外部延伸柔性连接薄膜连接。
按照上述技术方案，PI-Ag导电复合物的制备方法为：取银粉放入无水乙醇中浸泡、超声处理，并将其放入烘箱中干燥，得到可用银粉；取PI溶液溶解于DMF中并充分搅拌，得到PI稀释液；将可用银粉加入PI稀释液中，并搅拌使银粉充分分散于混合溶液中；放入烘箱中加热混合溶液使DMF蒸干，得到导电预聚物；将导电预聚物放入研钵中充分研磨，得到所述的PI-Ag导电复合物。
按照上述技术方案，PI稀释液中，PI溶液与DMF的质量比为1：0.5-1；所述的混合溶液中PI的质量为Ag的1/3-1/2。
按照上述技术方案，数据采集与处理装置包括电源管理模块、阵列索引模块、数模转换模块、MCU模块、状态输出模块以及数据传输单元，MCU模块分别与电源管理模块、阵列索引模块、状态输出模块以及数据传输单元连接，阵列索引模块通过数模转换模块分别与MCU模块和状态输送出模块连接；状态输送出模块用于与机器人连接，数据传输单元用于与计算机终端连接，阵列索引模块与电子皮肤的柔性触觉传感阵列连接。
按照上述技术方案，数据采集与处理装置采用基于接地的电路架构实现电势屏蔽，进而采集柔性柔性触觉传感阵列的各传感单元信号，减少信号串扰；
其中，电源管理模块为数据采集与处理装置和柔性触觉传感阵列供电；阵列索引模块包括m:1模拟开关以及n路双向集成开关，实现对所述柔性触觉传感阵列信号的有序采集；
数据采集与处理装置通过阵列索引模块进行配置，最大可达32×32；数据采集与处理装置的采样频率与柔性触觉传感阵列的刷新频率和碰撞检测的响应时间有关，其对于单传感单元的采样频率可达20000Hz。
按照上述技术方案，柔性触觉传感阵列的制备方法包括如下步骤：
S1，制备具有定制图案化电极的柔性基底：在柔性基底上粘贴切割好图案的掩模版，将导电复合物涂抹在掩模版上后揭掉掩模版，将其整体放入烘箱加热固化，得到集成电极的柔性基底；
S2，取具有横向电极的柔性基底为上基底，通过打印或印刷方式在其非电极面的电极正交点上方集成固化凸点阵列；
S3，将一对柔性基底及压力敏感层按照特定顺序通过低表面能双面胶上下贴合，并通过冷压工艺与器件保护层进行柔性封装，得到柔性柔性触觉传感阵列。
一种采用以上所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统的碰撞检测方法，包括以下步骤：
步骤1，建立应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统；
步骤2，机器人正常工作时，覆盖在机器人各轴表面的电子皮肤传感阵列实时感应机器人周边环境，数据采集与处理装置实时将各电子皮肤的触觉感知信号进行模数转换并计算输出系统当前状态，控制机器人运动；
步骤3，大面积电子皮肤感知系统实时判断该机器人是否发生碰撞；
步骤4，将柔性触觉传感阵列信号数据实时传输到计算机终端；
在所述的步骤3中，大面积电机皮肤实时判断机器人是否发生碰撞的具体过程为：
步骤3-1，系统初始化阶段，以数据采集与处理装置采集到的前k帧柔性触觉传感阵列信号的平均值作为机器人初始状态基准Vbase；
步骤3-2，数据采集与处理装置有序存储采集到的柔性触觉传感阵列信号，前一时刻采集到的传感阵列信号为Vt-1，当前时刻采集到的传感阵列信号为Vt，分别计算Vbase与Vt-1之间的欧氏距离+1和Vt-1与Vt之间的欧式距离+1为last_dis、now_dis；以last_dis与now_dis中较小者除以较大者计算得到碰撞系数collision_ratio；设置一个阈值COLL_THRESHOLD，当collision_ratio小于COLL_THRESHOLD时，判定此时机器人发生碰撞，并控制机器人停止工作；
步骤3-3，无论何处的大面积电子皮肤感知系统计算碰撞系数超出阈值，均判定机器人发生碰撞，从而控制机器人停止工作。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明是一种重量轻、成本低、柔软可弯折、能够顺应地贴附并覆盖机器人表面的应用于碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，相较于传统的检测方式与传感技术，本发明将高空间分辨率的大面积电子皮肤系统应用于机器人碰撞检测，实现实时的接触式触觉感知，从而在人际交际、多机协作的实际应用场景中实现低成本的机器人碰撞检测，保障机器人运行安全。
2、本发明提供的柔性触觉传感阵列的制备方法，通过将成熟度高的聚酰亚胺薄膜材质的柔性线路板加工工艺与丝网印刷工艺有机结合，提供了一种简单高效的柔性触觉传感阵列制备方法，能够满足大面积电子皮肤的大规模制备。
3、本发明提供的大面积电子皮肤感知系统，通过柔性触觉传感阵列的电极正交结构以及数据采集与处理装置的阵列索引模块，极大地简化了柔性触觉传感阵列与数据采集与处理装置的连接，实现传感阵列信号的有序采集；同时数据采集与处理装置基于接地的电路架构实现了电势屏蔽，减小信号串扰；本发明公开的大面积电子皮肤感知系统不仅质量轻、成本低，而且可以通过修改柔性基底形状、面积，电极组的电极数量、间距、宽度等并配置数据采集与处理装置的阵列索引模块，提供不同区域定制化的大面积电子皮肤感知系统。该系统还可以精确识别压力的分布。
4、本发明公开的大面积电子皮肤感知系统通过将外界压力信号转化为电阻信号，从而感知外界压力，同时具有纵向弹性形变的能力，能够满足电子皮肤的柔性需求；并且能够适应不同形式的机器人，将多个大面积电子皮肤感知系统并行集成，顺应地贴附并覆盖机器人外表面，感知外部环境，实现碰撞检测；本发明提供的大面积电子皮肤感知系统的应用，在应用于机器人碰撞检测时，其方法数据处理过程简单，能够实现机器人碰撞检测；其以数据变化距离的比值形式代替单纯的对数据变化距离的判断，对于机器人工作的非结构化环境有一定的适应能力；同时该检测方法的计算复杂度低，提升采样效率则可降低检测时间间隔。
附图说明
图1是本发明实施例中柔性触觉传感阵列的结构示意图；
图2是本发明实施例中柔性触觉传感阵列的制备流程示意图；
图3是本发明实施例中数据采集与处理装置的电路原理示意图；
图4是本发明实施例中大面积电子皮肤感知系统的碰撞检测方法的工作流程图；
图5是本发明实施例中多模块大面积电子皮肤感知系统集成示意图。
图中，1-柔性触觉传感阵列，11-柔性基底，111-电极，112-凸点阵列，12-压力敏感层，13-器件保护层；2-数据采集与处理装置；301-聚酰亚胺薄膜材质的FPC柔性基底；302-模板印刷图案化电极；303-设有若干等间距平行设置的电极的柔性基底；304-打印或印刷方式图案化凸点阵列；305-设有若干等间距平行设置的电极与凸点阵列的柔性基底；306-柔性触觉传感阵列。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图5所示，本发明提供的一个实施例1中的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，包括可贴合的柔性触觉传感阵列和数据采集与处理装置，
柔性触觉传感阵列包括一对柔性基底、封装于两柔性基底之间的压力敏感层以及柔性基底之外的器件保护层；柔性基底上设有若干等间距平行设置的电极，且两柔性基底上的电极正交设置构成阵列；柔性基底非电极面设有位于电极正交点上方的凸点阵列；压力敏感层通过电极与数据采集与处理装置连接。
本发明提供的机器人碰撞检测方法中区分机器人正常工作、发生碰撞的特征指标显著，因而能够极早地检测机器人运动状态的改变，实现碰撞检测功能，本实施例中的柔性触觉传感阵列选择压阻式触觉传感阵列，但在实际应用中可不局限于压阻式触觉传感阵列，其他的基于电容、压电、应变原理的柔性触觉传感阵列均可应用所述方法实现机器人碰撞检测，即可以在其他阵列式压力传感器直接应用；为机器人借助电子皮肤贴附并覆盖机器人外表面实现碰撞检测及人机交互能力带来新的思路和灵感。
进一步地，柔性基底为聚酰亚胺薄膜材质的柔性电路板；电极为PI-Ag材质的导电复合物；压力敏感层为渗碳聚烯烃材质；器件保护层为PU薄膜；凸点阵列包括锡点、硅胶或UV胶。
进一步地，PI-Ag为聚酰亚胺-银粉导电聚合物。
进一步地，作为器件保护层的PU薄膜厚度为0.5～2mm，电极的宽度为1-5mm，相邻平行的电极间隔为6-15mm；凸点的直径为1-3mm，高度为0.3-0.8mm。
进一步地，柔性基底及压力敏感层通过低表面能双面胶上下贴合，并通过冷压工艺与器件保护层进行柔性封装。
柔性触觉传感阵列和数据采集与处理装置通过定制图案化的柔性基底上的外部延伸柔性连接薄膜连接；外部延伸柔性连接薄膜上也设置有电极，其与柔性基底上的电极连接，我们通常将其视作焊盘，作为连接端口。
进一步地，PI-Ag导电复合物的制备方法为：取银粉放入无水乙醇中浸泡、超声处理，并将其放入烘箱中干燥，重复3-5次，得到可用银粉；取PI溶液溶解于DMF中并充分搅拌，得到PI稀释液；将可用银粉加入PI稀释液中，并搅拌使银粉充分分散于混合溶液中；放入烘箱中加热混合溶液使DMF蒸干，得到导电预聚物；将导电预聚物放入研钵中充分研磨，得到所述的PI-Ag导电复合物。
DMF为N,N-二甲基甲酰胺。
进一步地，PI稀释液中，PI溶液与DMF的质量比为1：0.5-1；所述的混合溶液中PI的质量为Ag的1/3-1/2。
进一步地，数据采集与处理装置包括电源管理模块、阵列索引模块、数模转换模块、MCU模块、状态输出模块以及UART数据传输单元，MCU模块分别与电源管理模块、阵列索引模块、状态输出模块以及UART数据传输单元连接，阵列索引模块通过数模转换模块分别与MCU模块和状态输送出模块连接；状态输送出模块用于与机器人连接，UART数据传输单元用于与计算机终端连接，阵列索引模块与电子皮肤的柔性触觉传感阵列连接；MCU模块为低功耗计算单元；状态输出模块将系统状态转换为继电器动作，进而控制机器人运动；UART模块将柔性触觉传感阵列信号数据实时传送至计算机终端。
进一步地，数据采集与处理装置采用基于接地的电路架构实现电势屏蔽(这是一种传感阵列信号采集的方法，基于接地的电路架构指的是当某一行上的传感单元信号时，将该行接地，而将除此之外的其他行电压设置为VREF，从而通过电势相等屏蔽其他行对本行传感单元信号的串扰。)，进而采集柔性触觉传感阵列的各传感单元信号，减少信号串扰；柔性触觉传感阵列的柔性基底上设有若干等间距平行设置的电极，且两柔性基底上的电极正交设置构成阵列；每一个电极正交点即是一个传感单元。
其中，电源管理模块为数据采集与处理装置和柔性触觉传感阵列供电；阵列索引模块包括m:1模拟开关以及n路双向集成开关，实现对所述柔性触觉传感阵列信号的有序采集；
数据采集与处理装置的通道数通过阵列索引模块进行配置，最大可达32×32；数据采集与处理装置的采样频率与柔性触觉传感阵列的刷新频率和碰撞检测的响应时间有关，其对于单传感单元的采样频率可达20000Hz。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上进一步的对柔性触觉传感阵列的制备方法进行限定。
进一步地，柔性触觉传感阵列的制备方法包括如下步骤：
S1，制备具有定制图案化电极与外部延伸柔性连接薄膜的柔性基底：在柔性基底上粘贴切割好图案的掩模版，将导电复合物涂抹在掩模版上后揭掉掩模版，将其整体放入烘箱90-120℃加热固化1.5-2小时，得到集成电极的柔性基底；
S2，取具有横向电极的柔性基底为上基底，通过打印或印刷方式在其非电极面的电极正交点上方集成固化凸点阵列；
S3，将一对柔性基底及压力敏感层按照特定顺序通过低表面能双面胶上下贴合，并通过冷压工艺与器件保护层进行柔性封装，得到柔性触觉传感阵列。
实施例3
如图4所示，在实施例1的基础上进一步的对所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统的碰撞检测方法进行限定。
一种采用以上所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统的碰撞检测方法，包括以下步骤：
步骤1，建立应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统；
步骤2，机器人正常工作时，覆盖在机器人各轴表面的电子皮肤传感阵列实时感应机器人周边环境，数据采集与处理装置实时将各电子皮肤的触觉感知信号进行模数转换并计算输出系统当前状态，控制机器人运动；
步骤3，大面积电子皮肤感知系统实时判断该机器人是否发生碰撞；
步骤4，将柔性触觉传感阵列信号数据通过UART实时传输到计算机终端；
在所述的步骤3中，大面积电机皮肤实时判断机器人是否发生碰撞的具体过程为：
步骤3-1，系统初始化阶段，以数据采集与处理装置采集到的前k帧柔性触觉传感阵列信号的平均值作为机器人初始状态基准Vbase；
步骤3-2，数据采集与处理装置有序存储采集到的柔性触觉传感阵列信号，前一时刻采集到的传感阵列信号为Vt-1，当前时刻采集到的传感阵列信号为Vt，分别计算Vbase与Vt-1之间的欧氏距离+1和Vt-1与Vt之间的欧式距离+1为last_dis、now_dis；以last_dis与now_dis中较小者除以较大者计算得到碰撞系数collision_ratio；设置一个阈值COLL_THRESHOLD，当collision_ratio小于COLL_THRESHOLD时，判定此时机器人发生碰撞，状态输出模块触发继电器动作，并控制机器人停止工作；
步骤3-3，将机器人各轴表面大面积电子皮肤感知系统配置为“线与”逻辑，即无论何处的大面积电子皮肤感知系统计算碰撞系数超出阈值，均判定机器人发生碰撞，从而通过状态输出模块触发继电器动作并控制机器人停止工作。
本实施例中，以前5帧柔性触觉传感阵列信号的平均值作为机器人初始状态基准Vbase；将碰撞系数collision_ratio作为碰撞检测的最终指标，机器人正常工作时collision_ratio趋近于1，机器人发生碰撞时collision_ratio急剧减小。
实施例4
结合图1-3，本发明所述的大面积电子皮肤感知系统的具体制备方法如下：
(1)PI-Ag导电复合物的制备：取6g银粉放入10ml无水乙醇中浸泡、超声处理10min，并将其放入烘箱中干燥，重复3-5次，得到可用银粉；取2g PI溶液溶解于2g DMF中并充分搅拌10min，得到PI稀释液；将可用银粉加入PI稀释液中，并搅拌5min使银粉充分分散于混合溶液中；放入烘箱中60℃加热10min混合溶液使DMF蒸干，得到导电预聚物；将导电预聚物放入研钵中充分研磨30min，得到所述的PI-Ag导电复合物；
(2)聚酰亚胺薄膜材质的柔性基底的规格：如图1中的柔性基底11，柔性基底大小为10cm×10cm，其上平行设置10个宽度为1mm、间距为9mm的电极，柔性基底上的外部延伸柔性连接薄膜长度为5cm；
(3)数据采集与处理装置的配置：通过阵列索引模块将数据采集与处理装置配置为10×10通道；
(4)在柔性基底上粘贴切割好图案的掩模版，将导电复合物涂抹在掩模版上后揭掉掩模版，将其整体放入烘箱90-120℃加热固化1.5-2小时，得到集成电极的柔性基底；
(5)取具有横向电极的柔性基底为上基底，通过3D直写打印设备在其非电极面的电极正交点上方打印固化直径2mm、高度0.4mm的凸点阵列；
(6)将一对柔性基底及压力敏感层按照特定顺序通过低表面能双面胶上下贴合，并通过冷压工艺与器件保护层进行柔性封装，得到10×10的柔性触觉传感阵列；
(7)将柔性触觉传感阵列和数据采集与处理装置通过定制图案化的柔性基底上的外部延伸柔性连接薄膜连接，得到大面积电子皮肤感知系统。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，包括可贴合的柔性触觉传感阵列和数据采集与处理装置，
柔性触觉传感阵列包括一对柔性基底、封装于两柔性基底之间的压力敏感层以及柔性基底之外的器件保护层；柔性基底上设有若干等间距平行设置的电极，且两柔性基底上的电极正交设置构成阵列；压力敏感层与数据采集与处理装置连接。
2.根据权利要求1所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，柔性基底为聚酰亚胺薄膜材质的柔性电路板；电极为PI-Ag材质的导电复合物；压力敏感层为渗碳聚烯烃材质；器件保护层为PU薄膜。
3.根据权利要求1所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，柔性基底非电极面设有位于电极正交点上方的凸点阵列，凸点阵列包括锡点、硅胶或UV胶。
4.根据权利要求1所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，柔性基底及压力敏感层通过低表面能双面胶上下贴合，并通过冷压工艺与器件保护层进行柔性封装；
柔性触觉传感阵列和数据采集与处理装置通过定制图案化的柔性基底上的外部延伸柔性连接薄膜连接。
5.根据权利要求2所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，PI-Ag导电复合物的制备方法为：取银粉放入无水乙醇中浸泡、超声处理，并将其放入烘箱中干燥，得到可用银粉；取PI溶液溶解于DMF中并充分搅拌，得到PI稀释液；将可用银粉加入PI稀释液中，并搅拌使银粉充分分散于混合溶液中；放入烘箱中加热混合溶液使DMF蒸干，得到导电预聚物；将导电预聚物放入研钵中充分研磨，得到所述的PI-Ag导电复合物。
6.根据权利要求5所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，PI稀释液中，PI溶液与DMF的质量比为1：0.5-1；所述的混合溶液中PI的质量为Ag的1/3-1/2。
7.根据权利要求1所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，数据采集与处理装置包括电源管理模块、阵列索引模块、数模转换模块、MCU模块、状态输出模块以及数据传输单元，MCU模块分别与电源管理模块、阵列索引模块、状态输出模块以及数据传输单元连接，阵列索引模块通过数模转换模块分别与MCU模块和状态输送出模块连接；状态输送出模块用于与机器人连接，数据传输单元用于与计算机终端连接，阵列索引模块与电子皮肤的柔性触觉传感阵列连接。
8.根据权利要求1所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，数据采集与处理装置采用基于接地的电路架构实现电势屏蔽，进而采集柔性柔性触觉传感阵列的各传感单元信号，减少信号串扰。
9.根据权利要求1所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统，其特征在于，柔性触觉传感阵列的制备方法包括如下步骤：
S1，制备具有定制图案化电极的柔性基底：在柔性基底上粘贴切割好图案的掩模版，将导电复合物涂抹在掩模版上后揭掉掩模版，将其整体放入烘箱加热固化，得到集成电极的柔性基底；
S2，取具有横向电极的柔性基底为上基底，通过打印或印刷方式在其非电极面的电极正交点上方集成固化凸点阵列；
S3，将一对柔性基底及压力敏感层按照特定顺序通过低表面能双面胶上下贴合，并通过冷压工艺与器件保护层进行柔性封装，得到柔性柔性触觉传感阵列。
10.一种采用权利要求1-8任意一所述的应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统的碰撞检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统；
步骤2，机器人正常工作时，覆盖在机器人各轴表面的电子皮肤传感阵列实时感应机器人周边环境，数据采集与处理装置实时将各电子皮肤的触觉感知信号进行模数转换并计算输出系统当前状态，控制机器人运动；
步骤3，大面积电子皮肤感知系统实时判断该机器人是否发生碰撞；
步骤4，将柔性触觉传感阵列信号数据实时传输到计算机终端；
在所述的步骤3中，大面积电机皮肤实时判断机器人是否发生碰撞的具体过程为：
步骤3-1，系统初始化阶段，以数据采集与处理装置采集到的前k帧柔性触觉传感阵列信号的平均值作为机器人初始状态基准Vbase；
步骤3-2，数据采集与处理装置有序存储采集到的柔性触觉传感阵列信号，前一时刻采集到的传感阵列信号为Vt-1，当前时刻采集到的传感阵列信号为Vt，分别计算Vbase与Vt-1之间的欧氏距离+1和Vt-1与Vt之间的欧式距离+1为last_dis、now_dis；以last_dis与now_dis中较小者除以较大者计算得到碰撞系数collision_ratio；设置一个阈值COLL_THRESHOLD，当collision_ratio小于COLL_THRESHOLD时，判定此时机器人发生碰撞，并控制机器人停止工作；
步骤3-3，无论何处的大面积电子皮肤感知系统计算碰撞系数超出阈值，均判定机器人发生碰撞，从而控制机器人停止工作。
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|---|---|---|---|
| CN202310466987.5A CN116352763A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统及方法 |
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| CN202310466987.5A CN116352763A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 应用于机器人碰撞检测的大面积电子皮肤感知系统及方法 |
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| CN116352763A true CN116352763A (zh) | 2023-06-30 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN116352763A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117067199A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-11-17 | 睿尔曼智能科技（北京）有限公司 | 一种机械臂电子皮肤、机械臂及其碰撞检测系统 |
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2023
- 2023-04-27 CN CN202310466987.5A patent/CN116352763A/zh active Pending
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