CN1817581A

CN1817581A - 智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装

Info

Publication number: CN1817581A
Application number: CN 200610054158
Authority: CN
Inventors: 秦岚; 孙先逵; 郭兵; 邓达强
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2006-08-16

Abstract

智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装。该服装由可以穿戴在智能机器人身上的服装本身和安置在该服装上的触觉传感蒙皮构成。其中的触觉传感蒙皮由依次重叠在一起的有若干导电丝线呈面状布置于其上的导电丝织物、有与该导电丝线对应且呈行列分布的触点区域的开关接头导电织物、弹性绝缘衬垫网和有一整块导电膜的接地导电织物构成。通过改变电极触点的队列数量、绝缘衬垫网的厚度及其网孔大小或间隔，能够调整该触觉传感服装的检测灵敏度。本发明能够做得与机器人身上的曲线十分贴合，成本低廉，柔软性好，测试灵敏度高，检测面积大，可像缝制人体服装一样根据机器人的形状进行剪裁和缝制，穿戴于智能机器人身上能感知受力部位及接触物外形轮廓等特点。

Description

智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装

技术领域

本发明涉及智能机器人的触觉传感装置，具体涉及到穿戴在智能机器人身上的导电蒙皮触觉传感服装。

背景技术

在一些涉及人体的冲撞试验(例如，载人汽车的冲撞试验)中、或者其他可能对人体造成伤害的有接触压力的试验中，为避免真人的身体受到伤害，人们往往会利用具有相应感知能力的智能机器人来代替人体进行试验。为此，人们要在智能机器人的相关部位上安装若干感应压力大小的触觉传感装置。通过这些触觉传感装置，检测出人体可能受到冲撞的部位和对这些部位的冲撞力的大小，从而为改进产品(例如，载人汽车)的设计提供依据。在迄今为止提出的智能机器人触觉传感方法及其装置中，有使用压电橡胶的，有利用PVDF膜的压电效应获得力觉信息的，也有用超声波或压力引起电容变化，还有用机械开关、用光波导的等等方案，在这些方案中，多考虑将触觉传感用于机器人手部、指部，有个别方案用于机器人手臂关节处。显然，目前的智能机器人触觉传感方法及其装置存在有以下不足：一是这些传感装置中的触觉敏感单元的成本较高，若要对人体所有需要关心的部位均对应地安装上这些传感装置中的触觉敏感单元的话，就必须增加很多相同或不同的触觉敏感单元。这样一来，其试验成本就大幅度地增加了。所以，现有的触觉传感装置的触觉感应部分的面积均太小。二是若把成本放在次要位置、仍用现有的触觉敏感单元来增大触觉感应部分面积的话，该较大面积的触觉感应部分的柔韧性、耐弯折和耐冲击性能又不好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是，提供一种具有很好的柔韧性、触觉感应部分的面积大、成本低廉的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装。

为达发明目的，提供这样一种智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，该服装由可以穿戴在智能机器人身上的服装本身和安置在该服装上的触觉传感蒙皮构成。与现有技术的区别在于，其中的触觉传感蒙皮由依次重叠在一起的有若干导电丝线呈面状布置于其上的导电丝织物、有与该导电丝线对应且呈行列分布的触点区域的开关接头导电织物、弹性绝缘衬垫网和有一整块导电膜的接地导电织物构成。显然，开关接头导电织物上呈行列分布的触点区域是互不连通的。

进一步的区别特征是，其中的开关接头导电织物上的触点区域和接地导电织物上的导电膜均是或分别是，在绝缘织物上覆盖的一层导电薄膜、或用化学镀的方式在绝缘织物上镀覆导电微粒后而形成的导电薄膜。

更进一步的区别特征是，弹性绝缘衬垫网的厚度足以在该触觉传感蒙皮没有受到压力时、能够隔断开关接头导电织物与接地导电织物，其网格的排列、网眼的大小与开关接头导电织物上的触点区域保持一致，以确保在该触觉传感蒙皮受到压力时开关接头导电织物上的触点区域与接地导电织物可靠电接触。显然，通过改变触点区域的队列数量(和对应的导电丝线的数量)、弹性绝缘衬垫网的网眼大小、网眼间隔、衬垫厚度等，可以改变触觉传感蒙皮的检测灵敏度。

当机器人与外界接触，其身上穿戴的触觉传感服装受到外力时，服装中触觉传感蒙皮因受到挤压而使得其中的弹性绝缘衬垫网受到压缩，当继续压缩到开关接头导电织物上的某些触点区域透过弹性绝缘衬垫网的网眼接触到接地导电织物上的导电膜后，对应的导电丝线、触点区域和接地导电织物上的导电膜电路闭合，电流流过，就能输出触觉传感信息了。这样，就可以根据导通的行列式触点区域的行列坐标和点数，检测出机器人身上的受力部位和受力面积。

采用导电织物制作触觉传感蒙皮的触觉传感服装，比起导电橡胶、塑料膜等方法来更柔软，这样就可以把该触觉传感服装做得与机器人身上的曲线十分贴合，也就能把触觉传感蒙皮做得足够人；而且制作过程采用的材料比较便宜，成本相对低廉，因此仅从成本方面考虑也允许把服装上的触觉传感装置的总面积做得较大；触觉传感蒙皮质地柔软，而且改变弹性绝缘衬垫网的网孔大小或网孔间隔、衬垫厚度等可以控制触觉传感服装的灵敏度大小，因此该触觉传感服装能够具有较高的测试灵敏度。综上所述，本发明具有成本低廉、检测面积(即触觉感应的面积)大、测试灵敏度高、柔韧性好的优点。若加上合适的保护层，本发明还有耐磨损、受冲击时不易损坏，可像缝制人体服装一样根据机器人的形状进行剪裁和缝制(或粘接)加工，穿戴于智能机器人身上能感知受力部位及接触物外形轮廓等特点。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1——本发明的触觉传感蒙皮的分层结构的分解示意图

图2——本发明的一件触觉传感服装裁片示意图

具体实施方式

智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装(参考图1)。该服装由可以穿戴在智能机器人身上的服装本身和安置在该服装上的触觉传感蒙皮1构成。其中的触觉传感蒙皮1由依次重叠在一起的有若干导电丝线21呈面状布置于其上的导电丝织物2、有与该导电丝线21对应且呈行列分布的触点区域31的开关接头导电织物3、弹性绝缘衬垫网4和有一整块导电膜51的接地导电织物5构成。它们中的导电丝织物2上的导电丝线21的一端作为电信号输出端与后端的信号处理电路连接，导电丝线21的另一端穿过所在的导电丝织物2与开关接头导电织物3上的触点区域31接触并导通。因此，导电丝织物2与开关接头导电织物3应当很好地缝合在一起。显然，所述织物可以是任何本身具有绝缘性能的、柔软的纺织品，其上的触点区域31和导电膜51在保证不严重破坏织物柔软性的前提下，可以采用现有的任何技术或手段覆盖或镀覆在对应的织物之上。

进一步讲，其中的开关接头导电织物3上的触点区域31和接地导电织物5上的导电膜51均是或分别是，在绝缘织物上覆盖的一层导电薄膜、或用化学镀的方式在绝缘织物上镀覆导电微粒后而形成的导电薄膜。也就是说，或者在两种织物上均是覆盖了一层相应的导电薄膜，或者在两种织物上均是用化学镀的方式、镀覆导电微粒后而形成的相应导电薄膜，或者在两种织物上分别采用上述不同的技术或手段、覆盖上或镀覆上相应的导电薄膜。

更进一步地说，为提高灵敏度和准确性，弹性绝缘衬垫网4的厚度应足以在该触觉传感蒙皮没有受到压力时、能够隔断开关接头导电织物3与接地导电织物5，其网格的排列、网眼的大小与开关接头导电织物3上的触点区域31保持一致，以确保在该触觉传感蒙皮受到压力时开关接头导电织物3上的触点区域31与接地导电织物5可靠电接触，即以触点区域31为核心构成一个触觉敏感单元。在通常情况下，弹性绝缘衬垫网4的厚度通常为1mm左右。当然，根据设计时的检测灵敏度要求，触点区域31的队列数量(和对应的导电丝线21的数量)、弹性绝缘衬垫网4的网眼大小、网眼间隔、衬垫厚度等，可以(通过更换)调整。

在上述具体实施方式中，导电丝线21是用化学镀的方式在聚脂材料纤维丝的外表面镀覆导电微粒而成，然后用环氧导电胶将导电丝线21粘附在织物上。由于每个触点区域31对应一根引出导线，触点区域31越多，引出导电丝线21也越多，若用传统的导线，将可能妨碍机器人关节的运动。而用本办法制作出的引出导电丝线，能克服这一缺陷，即能更进一步地确保触觉传感蒙皮1、乃至机器人触觉传感服装的柔软性。

为延长智能机器人的触觉传感服装、特别的其中的触觉传感蒙皮1的使用寿命，本具体实施方式的触觉传感蒙皮1还可以在其一面包覆、或者两面均包覆保护层6，该保护层6的材料可以是具有绝缘性能的纺织品或塑料薄膜。显然，保护层6材料也应当是柔软的；同时，该保护层6可以是与触觉传感蒙皮1一道，而与机器人服装分别制作；也可以是该保护层6本身就是机器人服装的面料和/或里衬。在后一种情况下，起码在该服装的各裁片的缝头11宽度范围内，仅有重叠在一起的面料和/或里衬。

在制作智能机器人服装时，用剪裁缝制其他服装相同的方法，先把服装料剪裁成适合相应智能机器人身体的裁片——图2是以衣服裁片为例绘制的，图中双点划线框表示触觉传感蒙皮1在服装中的区域10，在智能机器人的各处关节，可用现有的触觉传感装置、也可用本发明——只是需把相应的以电极触点21为核心的触觉敏感单元的阵列数量取少一些；然后根据各裁片的大小(结合相应的后端处理系统)确定触觉传感蒙皮1的块数和每一块触觉传感蒙皮1的触觉敏感单元的阵列数量；接着再把各个大小相等或不相等的触觉传感蒙皮1粘夹在裁片缝头11所包围的相应区域10内；最后再把各个裁片拼拢、缝制或粘接为服装。若采用缝制的办法，在缝制时需特别小心，因为各触觉敏感单元及导电丝层之间的距离都很近，特别注意不要出现短路和断路现象。另外还要考虑各引出导电丝线的接头调整，使之便于汇总连线且不易折断。

披露至此，本领域的技术人员一定能够根据其他的要求和条件，设计并制作出在实质上与本发明相同的这样一种智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装了。为使接近于本领域技术人员水平的人员也能够实现本发明，接着披露一下用化学镀制作所述导电织物的一种方法。

采用的主要化学材料有E-44环氧树脂、低分子聚酰胺、丙酮等，导电金属采用铝粉；配制方法是先将35份的树脂和丙酮混合后，接着加入铝粉135份搅拌均匀，再加入35份的聚酰胺，(在实验室条件下)在酒精灯加热条件下搅匀即可，然后在纺织品(即满足性能要求的织物)上涂刷环氧树脂导电胶作为基底，最后将调制好的材料涂刷到纺织品上；完成前面的涂刷工艺之后，接着将纺织品在75℃温度条件烘烤两个小时，然后置于25℃环境中保持24小时即可达到固化条件；固化后，进行导电性能测试。试验证明，化学镀可以达到薄而均匀的效果，在聚脂材料纺织品上镀铝，镀层牢固且耐弯折。

Claims

1、智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，该服装由可以穿戴在智能机器人身上的服装本身和安置在该服装上的触觉传感蒙皮(1)构成，其特征在于，所述触觉传感蒙皮(1)由依次重叠在一起的有若干导电丝线(21)呈面状布置于其上的导电丝织物(2)、有与该导电丝线(21)对应且呈行列分布的触点区域(31)的开关接头导电织物(3)、弹性绝缘衬垫网(4)和有一整块导电膜(51)的接地导电织物(5)构成。

2、根据权利要求1所述的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，其特征在于，所述开关接头导电织物(3)上的触点区域(31)和接地导电织物(5)上的导电膜(51)均是或分别是，在绝缘织物上覆盖的一层导电薄膜、或用化学镀的方式在绝缘织物上镀覆导电微粒后而形成的导电薄膜。

3、根据权利要求1或2所述的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，其特征在于，弹性绝缘衬垫网(4)的厚度足以在该触觉传感蒙皮没有受到压力时、能够隔断开关接头导电织物(3)与接地导电织物(5)，其网格的排列、网眼的大小与开关接头导电织物(3)上的触点区域(31)保持一致，以确保在该触觉传感蒙皮受到压力时开关接头导电织物(3)上的触点区域(31)与接地导电织物(5)可靠电接触。

4、根据权利要求1或2所述的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，其特征在于，所述的导电丝线(21)是用化学镀的方式在聚脂材料纤维丝的外表面镀覆导电微粒而成。

5、根据权利要求1或2所述的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，其特征在于，在所述触觉传感蒙皮(1)的一面包覆有、或者两面均包覆有保护层(6)，该保护层(6)的材料是具有绝缘性能的、柔软的纺织品或塑料薄膜。

6、根据权利要求3所述的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，其特征在于，所述的导电丝线(21)是用化学镀的方式在聚脂材料纤维丝的外表面镀覆导电微粒而成。

7、根据权利要求3所述的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，其特征在于，在所述触觉传感蒙皮(1)的一面包覆有、或者两面均包覆有保护层(6)，该保护层(6)的材料是具有绝缘性能的、柔软的纺织品或塑料薄膜。

8、根据权利要求4所述的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，其特征在于在所述触觉传感蒙皮(1)的一面包覆有、或者两面均包覆有保护层(6)，该保护层(6)的材料是具有绝缘性能的、柔软的纺织品或塑料薄膜。

9、根据权利要求6所述的智能机器人的导电蒙皮触觉传感服装，其特征在于，在所述触觉传感蒙皮(1)的一面包覆有、或者两面均包覆有保护层(6)，该保护层(6)的材料是具有绝缘性能的、柔软的纺织品或塑料薄膜。