CN206445812U - 一种力位置检测的柔性触角 - Google Patents
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Abstract
一种力位置检测的柔性触角，包括位置检测柔性圆柱内芯、缠绕柔性圆柱体和柔性外皮，位置检测柔性圆柱内芯自第一端口有沿轴向环绕柱体的第一微通道至第二端口，在第一微通道中有液态敏感阻抗元件，自第一端口和第二端口有引线嵌入到第一微通道中的液态敏感阻抗元件中；缠绕柔性圆柱体自第三端口有沿轴向环绕柱体的第二微通道至第四端口，在第二微通道中有液态敏感阻抗元件，自第三端口和第四端口有引线嵌入到第二微通道中的液态敏感阻抗元件中；缠绕柔性圆柱体紧密的缠绕在位置检测柔性圆柱内芯上并固定，柔性外皮包裹在缠绕柔性圆柱体的外面。本实用新型结构简单，工艺成本低，可广泛的应用于工业生产、海洋开发、矿山工程及智能穿戴等诸多领域中。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能传感器领域，特别涉及一种力位置检测的柔性触角，应用于移动机器人的设计中，能够有效的提高机器人的避障能力。
背景技术
目前，在机器人技术的探索中，机器人技术的基础领域研究已逐渐趋于成熟，机器人的运动也从简单的人工干预的控制向为可实现自身智能控制的运动方向上发展，智能化的机器人需要自身具备感知环境的功能，而不是通过人的感知来进行控制，那么机器人与环境交互的核心部件传感器便得到了越来越多的关注与研究。
机器人技术中的传感器按用途可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等，其中力传感器在实际工程中已得到了广泛应用，触觉传感器作为力传感器中的一种，被广泛利用到机器人的设计、制造中，比较仿生的皮肤，由于触角型的传感器能够使机器人与被检测物之间有着更大的距离，因此可以用于机器人的避障等应用之中，保障了机器人躲避障碍物的响应时间，提高了机器人运动时机器人本身及周围环境的安全性。
目前的触角型传感器研究多集中于在触角与机器人之间的连接处设置传感器，用于对触角的碰撞进行检测。触角的材料多采用柔性材料用于对触碰环境的保护，但是，机器人运动过程中的振动及外部气流对触角的作用会增加，在触角与机器人之间的连接处设置传感器的方式会降低了感知的准确度，容易进行误判。
为了解决这种问题，本实用新型提出了一种利用触角本身来感知外部接触情况的柔性触角，该柔性触角使用液态敏感阻抗元件，并通过液态敏感阻抗元件的梯度分布，来感知外部的受力信息，进而分析出障碍物所在的方向及距离。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术中的不足，提供一种力位置检测的柔性触角。
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种力位置检测的柔性触角，包括位置检测柔性圆柱内芯4、缠绕柔性圆柱体1和柔性外皮3，所述的位置检测柔性圆柱内芯4自第一端口6有沿轴向环绕柱体按圆周梯度分布的往返贯通的第一微通道5至第二端口7，在所述的第一微通道5中有液态敏感阻抗元件，自第一端口6和第二端口7有引线嵌入到第一微通道5中的液态敏感阻抗元件中；所述的缠绕柔性圆柱体1自第三端口8有沿轴向环绕柱体按圆周梯度分布的往返贯通的第二微通道2至第四端口9，在所述的第二微通道2中有液态敏感阻抗元件，自第三端口8和第四端口9有引线10嵌入到第二微通道中的液态敏感阻抗元件中；所述的缠绕柔性圆柱体1紧密的缠绕在所述的位置检测柔性圆柱内芯4上并固定，柔性外皮3包裹在所述的缠绕柔性圆柱体1的外面；所述的位置检测柔性圆柱内芯4和所述的缠绕柔性圆柱体1均为柔性硅橡胶材质；所述的液态敏感阻抗元件为液态镓铟锡合金；所述的柔性外皮3采用柔性硅橡胶高弹性材料。
由于采用上述技术方案，本实用新型提供的一种力位置检测的柔性触角，与现有技术相比具有这样的有益效果：
本实用新型提出的一种力位置检测的柔性触角，用于机器人感知障碍物的情况，安全的进行避障，本实用新型利用嵌入按梯度分布的液态敏感阻抗元件的柔性硅橡胶为力位置感知柔性芯，及缠绕于力位置感知柔性芯的嵌入均匀液态敏感阻抗元件的硅橡胶细圆柱体，通过增加往返嵌入通道的方式来增加该触角的敏感度。当该柔性触角触碰到障碍时，通过两种柔性体中的敏感元件的检测，可确定该障碍物的触碰于该触角的位置，进而推断出该障碍物相对于机器人的位置，进行适当的规避。本实用新型增加了移动机器人与障碍物之间的安全距离，即避免了机器人与接触物的直接碰撞，又提高了机器人躲避障碍物的响应时间，保证了机器人安全的移动。本实用新型具有全柔性结构，能够有效的避免触角对接触物碰撞的破坏，对机器人本身也起着很大的保护缓冲作用，提高了机器人的柔性避障能力。
由于该触角采用柔性硅橡胶作基体，柔性硅橡胶具有良好的电介性，耐酸碱腐蚀，使该柔性触角在海洋、矿山等特种环境下，仍然具有良好的稳定性，克服了视觉避障的缺点。本实用新型采用液态阻抗元件作为感知单元，能有效避免了传统刚性敏感单元对柔性基本的破坏，提高了柔性触角的使用寿命。
本实用新型的柔性触角通过扫描，能够确定对目标障碍的位置，信号稳定，不易受到气流等噪声信号的干扰，能够克服传统的在触角根部安装传感单元的柔性触角的缺点。此外，本实用新型可直接佩戴在盲人身体上，用于对盲人的导航，柔性软体结构适合人体佩戴，减少不适感。
综上所述，本实用新型结构简单，工艺成本底，可广泛的应用于工业生产、海洋开发、矿山工程及智能穿戴等诸多领域中。
附图说明
图1为本实用新型柔性触角的内部结构图；
图2为本实用新型柔性触角的外部结构图；
图3为本实用新型柔性触角中所述的位置检测柔性圆柱及其内部敏感通道分布图；
图4为本实用新型柔性触角中所述的缠绕柔性圆柱体及其内部敏感通道分布图。
图中：1、缠绕柔性圆柱体；2、第二微敏感通道；3、外皮；4、位置检测柔性圆柱内芯；5、第一微敏感通道；6、第一端口；7、第二端口；8、第三端口；9、第四端口；10、位置检测柔性圆柱外部引线；11、缠绕柔性圆柱体外部引线。
具体实施方式
下面将结合附图中对本实用新型专利加以详细说明。
本实用新型的一种力位置检测的柔性触角，如图1所示，包括位置检测柔性圆柱内芯4、缠绕柔性圆柱体1和柔性外皮3，如图3所示，所述的位置检测柔性圆柱内芯4自第一端口6有沿轴向环绕柱体按圆周梯度分布的往返贯通的第一微通道5至第二端口7，第一微通道5由中空成型微加工工艺成型；在所述的第一微通道5中有液态敏感阻抗元件，自第一端口6和第二端口7有引线10嵌入到第一微通道5中的液态敏感阻抗元件中；如图4所示，所述的缠绕柔性圆柱体1自第三端口8有沿轴向环绕柱体按圆周梯度分布的往返贯通的第二微通道2至第四端口9，第二微通道2由中空成型微加工工艺成型；在所述的第二微通道2中有液态敏感阻抗元件，自第三端口8和第四端口9有引线11嵌入到第二微通道2中的液态敏感阻抗元件中；由第一微通道5和第二微通道2分别引出的两组引线10和11用于采集第一微通道5和第二微通道2内部的液态敏感阻抗元件的电阻的变化情况；如图2所示，所述密封好的缠绕柔性圆柱体1 紧密的缠绕在所述密封好的位置检测柔性圆柱内芯4上，并用柔性硅胶粘合剂将缠绕柔性圆柱体1与检测柔性圆柱内芯4固定好，柔性外皮3包裹在所述的缠绕柔性圆柱体1的外面；所述的位置检测柔性圆柱内芯4和所述的缠绕柔性圆柱体1均为柔性硅橡胶材质；所述的液态敏感阻抗元件为液态镓铟锡合金；所述的柔性外皮3采用柔性硅橡胶高弹性材料。
本实用新型的实施例中，所述位置检测柔性圆柱内芯4是直径为2.8mm，长度为100mm的圆柱体，其中成型有12条单程的往返第一微通道5成圆周分布，其直径为0.05mm，两个单程第一微通道5的连接处的直槽口的深度为0.1mm；所述缠绕柔性圆柱体1的直径为1.3mm，其中成型有8条单程的往返第二微通道2成圆周分布，其直径为0.1mm，两个单程第二微通道的连接处的直槽口的深度为0.1mm；柔性外皮3的直径的厚度为0.3mm。
由于触角的硬度很低，当柔性触角触碰到障碍物时，触角触碰到障碍物的位置会产生一定的凹陷，导致柔性触角内部的缠绕柔性圆柱1体产生凹陷，缠绕柔性圆柱1挤压位置检测柔性内芯4形成凹陷，这两种凹陷会使触角内部的两组敏感通道的长度增加、直径变小，最终导致内部的液态敏感材料的电阻增加，搭建惠斯通电桥等一些处理电路，通过数据采集板卡从端口引线10和11采集第一微通道5和第二微通道2中敏感元件的阻值变化情况。
由于柔性触角触碰障碍障碍物的时间很短，其柔性触角的外形为圆柱，因此可以将触碰模型近似的当做点触碰模型，机器人的运动速度v、触角的数据返回时间t与触角因触碰导致的敏感通道变化成正比，与敏感通道中通入的液态敏感元件的阻值成正比，即：kvt＝ΔR，其中，k为接触的形状参数，由于缠绕柔性圆柱内1的敏感通道成均匀分布，微小局域点触碰时，缠绕柔性圆柱1上每个位置上受到触碰时的k均相等,故k为常数。
位置检测柔性圆柱内芯4中的敏感通道成梯度分布，因此，位置检测柔性圆柱内芯4由缠绕柔性圆柱1挤压不同位置造成的位置检测柔性圆柱内芯4的敏感通道的变形不同，因此位置检测柔性圆柱内芯4形状参数k不同，设为ki。
k及ki均由实验标定出来。工作中，根据检测出的第一微通道5和第二微通道2中敏感元件电阻的变化，先得到vt，进行计算出ki，通过对比标定出的ki与位置的关系得到障碍接触触角的位置，进而判断出目标障碍物所在的位置，机器人进行合理的规避。
Claims (2)
1.一种力位置检测的柔性触角，其特征在于：它包括位置检测柔性圆柱内芯(4)、缠绕柔性圆柱体(1)和柔性外皮(3)，所述的位置检测柔性圆柱内芯(4)自第一端口(6)有沿轴向环绕柱体按圆周梯度分布的往返贯通的第一微通道(5)至第二端口(7)，在所述的第一微通道(5)中有液态敏感阻抗元件，自第一端口(6)和第二端口(7)有引线嵌入到第一微通道(5)中的液态敏感阻抗元件中；所述的缠绕柔性圆柱体(1)自第三端口(8)有沿轴向环绕柱体按圆周梯度分布的往返贯通的第二微通道(2)至第四端口(9)，在所述的第二微通道(2)中有液态敏感阻抗元件，自第三端口(8)和第四端口(9)有引线(10)嵌入到第二微通道中的液态敏感阻抗元件中；所述的缠绕柔性圆柱体(1)紧密的缠绕在所述的位置检测柔性圆柱内芯(4)上并固定，柔性外皮(3)包裹在所述的缠绕柔性圆柱体(1)的外面；所述的位置检测柔性圆柱内芯(4)和所述的缠绕柔性圆柱体(1)均为柔性硅橡胶材质；所述的液态敏感阻抗元件为液态镓铟锡合金；所述的柔性外皮(3)采用柔性硅橡胶高弹性材料。
2.根据权利要求1所述的一种力位置检测的柔性触角，其特征在于：所述位置检测柔性圆柱内芯(4)是直径为2.8mm，长度为100mm的圆柱体，其中成型有12条单程的往返第一微通道(5)成圆周分布，其直径为0.05mm，两个单程第一微通道(5)的连接处的直槽口的深度为0.1mm；所述缠绕柔性圆柱体(1)的直径为1.3mm，其中成型有8条单程的往返第二微通道(2)成圆周分布，其直径为0.1mm，两个单程第二微通道(2)的连接处的直槽口的深度为0.1mm；柔性外皮(3)的直径的厚度为0.3mm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106476021A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-03-08 | 燕山大学 | 一种力位置检测的柔性触角 |
| CN112370318A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-02-19 | 上海电子信息职业技术学院 | 一种电动伸缩拐杖 |
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2016
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| CN106476021B (zh) * | 2016-12-23 | 2018-10-16 | 燕山大学 | 一种力位置检测的柔性触角 |
| CN112370318A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-02-19 | 上海电子信息职业技术学院 | 一种电动伸缩拐杖 |
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