CN117245681A - 一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，包括排母、分隔层、导线层、聚酰亚胺薄膜基底、蛇形叉指电极，压敏膜和压头，所述压头、压敏膜、分隔层、蛇形叉指电极、聚酰亚胺薄膜基底自上而下依次设置，分隔层、聚酰亚胺薄膜基底后端均往后延伸并形成上下相对应的插接部，导线层包括多根导线且对称的分布在蛇形叉指电极两侧的聚酰亚胺薄膜基底上并往后延伸形成与插接部位置相对应的连接端，排母插接在分隔层、聚酰亚胺薄膜基底尾部的插接部、导线连接端上。所述面向柔性手指的叉指触觉传感模块有效提高检测的灵活性，而且提高检测智能化程度和准确性，而且其模块化设计方便安装拆卸和后期的维护，实用性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，涉触觉传感技术领域。
背景技术
随着计算机技术、现代控制技术、传感技术及人工智能技术的不断发展，机器人在智能制造、医疗康复、航空航天等领域得到广泛应用，并成为长期刚性需求。目前，智能机器人本体正朝着仿生化、自然交互、人机协同、交互共融等方向发展，抓取是机器人灵巧手代替人手执行各项复杂任务的基本能力。传统刚性机械手因不具备柔顺性，在抓取易碎易损伤等物品时存在不足，一般柔性机械手虽可以克服刚性机械手的弊端，因其不具备触觉感知功能，仍无法获取抓取过程中接触力的时变信息。为此，面向智能机器人灵巧手安全、智能抓取的应用需求，研制具有触觉感知功能的软体机械手成为研究热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种有效提高软体机械手抓取工作的智能性、安全性、灵活性的面向柔性手指的叉指触觉传感模块。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，包括排母、分隔层、导线层、聚酰亚胺薄膜基底、蛇形叉指电极，压敏膜和压头，所述压头、压敏膜、分隔层、蛇形叉指电极、聚酰亚胺薄膜基底自上而下依次设置，所述分隔层、聚酰亚胺薄膜基底后端均往后延伸并形成上下相对应的插接部，所述导线层包括多根导线且对称的分布在蛇形叉指电极两侧的聚酰亚胺薄膜基底上并往后延伸形成与插接部位置相对应的连接端，所述排母插接在分隔层、聚酰亚胺薄膜基底尾部的插接部、导线连接端上，继而将蛇形叉指电极、排母、导线三者连通。
作为优选，所述蛇形叉指电极由铜材制成。
作为优选，所述蛇形叉指电极包括第一电极以及第二电极，第一电极的数量为两个且其指宽间距均为0.5mm，指长均为10.5mm，两个第一电极前后相对的粘贴在聚酰亚胺薄膜基底的后部，所述第二电极的数量为8个且平均分为两列并左右相对的粘贴在聚酰亚胺薄膜基底的前部，所述第二电极的指宽间距均为0.4mm，指长均为5.8mm。
作为优选，所述分隔层的表面具有与下方的蛇形电极对应的分隔通孔。
作为优选，所述排母上端具有两排按间距设置的圆孔，下端对应的设置有两排按间距设置的铜端子。
作为优选，所述导线层的尾部的多个连接端上均设有金属焊盘，其另一端分别连接蛇形叉指电极的接线端，所述金属焊盘与排母的铜端子焊接固定。
作为优选，所述压头由PDMS材料制成。
作为优选，所述压头的上表面设有多个金字塔形状的凸起，其中前部分凸起的数量与第二电极的数量一致且两者位置上下相对应，后部分凸起的数量与第一电极的数量一致且两者位置上下相对应，且所述前部分凸起的高度高于后部分凸起的高度。
作为优选，所述排母与分隔层的尾部插接部之间设置有上加强板，所述聚酰亚胺薄膜基底下部设置有下加强板，所述上加强板上开有多个通孔，所述下加强板上开有方孔。
作为优选，所述压头、压敏膜、分隔层、蛇形叉指电极、聚酰亚胺薄膜基底之间均由RTV硅胶相互粘结在一起。
与现有技术相比，本发明的有益之处是：
1）本发明的叉指触觉传感模块所用材料均为柔性材料，允许传感器实现弯曲变形，使得传感器能够更好的粘贴在柔性手指表面，提高灵活性，而且与物体接触时可以更好的将接触力传递到对应位置，提高检测智能化程度和准确性；
2）本申请中采用了两组不同尺寸的蛇形叉指电极，包括分别为沿前后方向排列的第一电极和第二电极，第一电极有两个位于基底的后部，主要用于检测柔性手指抓取较大物体时的接触力，第二电极有八个，平均分为两列位于基底前部，主要用于检测柔性手指抓取较小或者一般物体时的接触力。这里，根本不同大小物体的着力点不同，设置了前后两组电极，并对电极的尺寸、布局及形状进行设计，使本发明的叉指触觉传感模块能够针对不同大小的物体，精确的检测柔性手指抓取时的接触力大小，进一步提高传感器检测准确性，而且其模块化设计方便安装拆卸和后期的维护，因而方便且实用性高。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的爆炸图；
图2是本发明的蛇形叉指电极与导线层粘贴在聚酰亚胺薄膜基底上时的俯视图；
图3是本发明安装在柔性手指上时的侧面示意图；
其中：1、排母；2、分隔层；3、导线层；4、聚酰亚胺薄膜基底；5、压敏膜；6、压头；7、插接部；8、连接端；9、第一电极；10、第二电极；11、分隔通孔；12、凸起；13、上加强板；14、下加强板；15、柔性手指；16、柔性手指连接件。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围：
如图1、图2所示的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，包括排母1、分隔层2、导线层3、聚酰亚胺薄膜基底4、蛇形叉指电极，压敏膜5和压头6，所述压头、压敏膜、分隔层、蛇形叉指电极、聚酰亚胺薄膜基底自上而下依次设置，为方便将上述各部分连接为一个整体并实现电路连通，所述分隔层、聚酰亚胺薄膜基底后端均往后延伸并形成上下相对应的插接部7，插接部上设有多个通孔，所述导线层包括多根导线且对称的分布在蛇形叉指电极两侧的聚酰亚胺薄膜基底上并往后延伸形成与插接部位置相对应的连接端8，继而分隔层、聚酰亚胺薄膜基底的插接部与导线层尾部的连接端上下相对应，所述排母从上往下依次插接在分隔层、聚酰亚胺薄膜基底尾部的插接部上的通孔、导线的连接端上，继而将蛇形叉指电极、排母、导线三者连通，从而实现了整体模块的电路导通。
在本实施例中，所述蛇形叉指电极由铜材制成，其厚度设置为0.1mm，所述蛇形叉指电极包括第一电极9以及第二电极10，第一电极的数量为两个且其指宽间距均为0.5mm，指长均为10.5mm，第一电极的外形尺寸为10*12mm，两个第一电极前后相对的粘贴在聚酰亚胺薄膜基底的后部，主要用于检测柔性手指抓取较大物体时的接触力，所述第二电极的数量为8个且平均分为两列并左右相对的粘贴在聚酰亚胺薄膜基底的前部，所述第二电极的指宽间距均为0.4mm，指长均为5.8mm，第二电极的外形尺寸为7*7mm，主要用于检测柔性手指抓取较小或者一般物体时的接触力，因而第一电极、第二电极所分布区域即为柔性手指抓取物品时的主要着力点，通过检测着力接触点的力的强度信号并转变为电信号输出，继而为设备及时提供所需的传感信息。针对不同大小物体的着力点不同，本发明设计了两组蛇形叉指电极，本发明通过设计两组电极，实现了对柔性手指抓取不同大小物体时接触力的检测，而蛇形结构的设计使得检测的精度大大提高。
在本实施例中，所述分隔层的表面具有与下方的蛇形电极对应的分隔通孔11，在实际应用中，当柔性手指未抓取物品时，此时顶部的压头和压敏膜无向内的作用力，分隔层可以分隔叉指电极与压敏膜，使两者之间无接触，从而断开压敏膜与叉指电极之间的电路，而当柔性手指抓取物品时，此时顶部的压头和压敏膜有向内的作用力，压敏膜可以通过通孔与叉指电极接触，叉指电极与压敏膜的电路接通，从而将压力信号转化为电信号传递出去，实现压力信号传递过程。
在本实施例中，所述排母由塑料和端子组成，上端具有两排按间距设置的圆孔，下端对应的设置有两排按间距设置的铜端子，铜端子的材质为黄铜，表面镀锡，在本实施例中，圆孔的数量和铜端子的数量均为20个，从而与第一电极、第二电极的接线端数量一致，在实际应用中，所述排母上的圆孔用于与杜邦线进行连接，从而方便将电信号传递至机械手的后台系统。
在本实施例中，所述导线层的尾部的多个连接端上均设有金属焊盘，其另一端分别连接蛇形叉指电极的接线端，所述金属焊盘与排母的铜端子焊接固定，从而实现了排母、蛇形叉指电极的电路连通。
在本实施例中，所述压头由PDMS材料制成，且所述压头的上表面设有多个金字塔形状的凸起12，其中前部分凸起的数量与第二电极的数量一致且两者位置上下相对应，后部分凸起的数量与第一电极的数量一致且两者位置上下相对应，且所述前部分凸起的高度高于后部分凸起的高度，优选地，所述前部分的凸起的高度可以设置为1mm，后部分的凸起的高度设置为0.8mm，且所述压头的厚度设置为1.5mm，前部分凸起高度高于后部分凸起，可以提高柔性手指抓取不同大小物体时的接触力感应。当柔性手指抓取物品，压头接触物品时，金字塔形状的凸起可以将接触力更好的传递到对应位置的叉指电极，提高检测的准确性。
为提高整体结构强度，所述排母与分隔层的尾部插接部之间设置有上加强板13，所述聚酰亚胺薄膜基底下部设置有下加强板14，所述上加强板上开有多个通孔，所述下加强板上开有方孔，所述上加强板与下加强板皆由环氧玻璃布制成，实际安装过程中，所述排母上的铜端子穿过上加强板上的通孔并焊接固定，铜端子的下端穿过下加强板的方孔并将其下端与下加强板焊接固定。
为方便连接以及提高结构稳固性，所述压头、压敏膜、分隔层、蛇形叉指电极、聚酰亚胺薄膜基底之间均由RTV硅胶相互粘结在一起，另外，为提高检测效果，所述压敏膜为Velostat压阻材料。
因而，在实际的应用时，压头所在区域即为传感模块的主检测区域，将传感模块的主体部分粘贴在柔性手指15指面上，压头朝外设置，其后端连接部分粘贴在柔性手指连接件16表面，如图3所示，通过杜邦线插入排母实现电路连接，柔性手指采用气动驱动，进气口连接气泵的气管，通入正压时柔性手指弯曲进行抓取物体，当抓取较小物体时，首先接触压头前半部分，压头变形并将作用力传递到压敏膜，压敏膜通过分隔层表面通孔与第二电极接触，电路接通，机械手的后台系统读取蛇形叉指电极输出信号，进而实现接触力检测；当抓取物体较大时，物体接触压头前部分时，也会接触压头后半部分，主要着力点在后半部分，压头变形并将作用力传递到压敏膜，压敏膜通过分隔层表面通孔与第一电极、第二电极均接触，电路接通，机械手的后台系统读取蛇形叉指电极输出信号，从而进一步实现接触力的精准检测。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：包括排母、分隔层、导线层、聚酰亚胺薄膜基底、蛇形叉指电极，压敏膜和压头，所述压头、压敏膜、分隔层、蛇形叉指电极、聚酰亚胺薄膜基底自上而下依次设置，所述分隔层、聚酰亚胺薄膜基底后端均往后延伸并形成上下相对应的插接部，所述导线层包括多根导线且对称的分布在蛇形叉指电极两侧的聚酰亚胺薄膜基底上并往后延伸形成与插接部位置相对应的连接端，所述排母插接在分隔层、聚酰亚胺薄膜基底尾部的插接部、导线连接端上，继而将蛇形叉指电极、排母、导线三者连通，所述蛇形叉指电极包括第一电极以及第二电极，第一电极的数量为两个且其指宽间距均为0.5mm，指长均为10.5mm，两个第一电极前后相对的粘贴在聚酰亚胺薄膜基底的后部，所述第二电极的数量为8个且平均分为两列并左右相对的粘贴在聚酰亚胺薄膜基底的前部，所述第二电极的指宽间距均为0.4mm，指长均为5.8mm。
2.根据权利要求1所述的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：所述蛇形叉指电极由铜材制成。
3.根据权利要求1所述的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：所述分隔层的表面具有与下方的蛇形电极对应的分隔通孔。
4.根据权利要求1所述的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：所述排母上端具有两排按间距设置的圆孔，下端对应的设置有两排按间距设置的铜端子。
5.根据权利要求4所述的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：所述导线层的尾部的多个连接端上均设有金属焊盘，其另一端分别连接蛇形叉指电极的接线端，所述金属焊盘与排母的铜端子焊接固定。
6.根据权利要求1所述的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：所述压头由PDMS材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：所述压头的上表面设有多个金字塔形状的凸起，其中前部分凸起的数量与第二电极的数量一致且两者位置上下相对应，后部分凸起的数量与第一电极的数量一致且两者位置上下相对应，且所述前部分凸起的高度高于后部分凸起的高度。
8.根据权利要求1所述的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：所述排母与分隔层的尾部插接部之间设置有上加强板，所述聚酰亚胺薄膜基底下部设置有下加强板，所述上加强板上开有多个通孔，所述下加强板上开有方孔。
9.根据权利要求1所述的一种面向柔性手指的叉指触觉传感模块，其特征在于：所述压头、压敏膜、分隔层、蛇形叉指电极、聚酰亚胺薄膜基底之间均由RTV硅胶相互粘结在一起。
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| CN118024306A (zh) * | 2024-04-11 | 2024-05-14 | 中北大学 | 一种自动辅助抓握的夹层式仿生软体抓手及其制备方法 |
| CN118024306B (zh) * | 2024-04-11 | 2024-06-07 | 中北大学 | 一种自动辅助抓握的夹层式仿生软体抓手及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117245681B (zh) | 2024-01-26 |
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