CN207763857U - 一种正四棱台式三维力柔性触觉传感器 - Google Patents

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彭云峰
高庆
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Abstract

本实用新型提供一种正四棱台式三维力柔性触觉传感器，其包括柔性敏感结构单元和柔性绝缘材料制备而成的基底。柔性敏感结构单元为正四棱台结构，所述柔性敏感结构单元包括下端面、与下端面平行的上端面以及四个侧面，下端面和四个侧面分别贴有一个电触点。本实用新型的正四棱台式三维力柔性触觉传感器的精度以及稳定性高。

Description

一种正四棱台式三维力柔性触觉传感器
技术领域
本实用新型涉及一种三维力柔性触觉传感器，尤其涉及一种正四棱台式三维力柔性触觉传感器。
背景技术
随着智能机器人技术的发展，触觉传感器作为机器人获取外界信息一种重要手段，越来越受到广泛的关注。对于在特殊曲面上工作的吸附式爬壁机器人来说，不仅需要具备单维感知正压力的能力，还需控制机器人底盘与目标物之间的相对滑动，这就对触觉传感器提出需要具备柔软性和感知三维力的能力。
经检索，目前有关三维力柔性触觉传感器的专利文件有CN103335754A、CN10313462A、CN104266780A和CN206281590U等。他们主要是针对触觉传感器材料、结构和加工方法进行改进，从而使得触觉传感器具有柔软性等检测三维力的性质。由于设计的结构单元内部存在较强的耦合关系，导致解耦算法复杂，同时传感器内部之间没有容错性，所以不能使用于对实时性、精度以及稳定性等要求很高的条件。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种精度以及稳定性高的正四棱台式三维力柔性触觉传感器。
根据本实用新型的一个方面，提供一种正四棱台式三维力柔性触觉传感器，其包括柔性敏感结构单元和柔性绝缘材料制备而成的基底，柔性敏感结构单元为正四棱台结构，所述柔性敏感结构单元包括下端面、与下端面平行的上端面以及四个侧面，所述下端面和四个侧面分别贴有一个电触点。
优选地，所述柔性敏感结构单元由导电橡胶制备而成。
优选地，所述柔性敏感结构单元的硬度小于基底的硬度。
优选地，所述柔性敏感结构单元的上端面的边长为4cm，所述下端面的边长为2cm。
优选地，根据压阻方程Fi＝f(Ri)，i＝1，2，3，4，5，可求得侧面及下端面的受力大小，其中f由导电橡胶材料的物理性质决定，F5测量的为传感器的正向压力。
优选地，所述正四棱台式三维力柔性触觉传感器的三维受力如下：
上式中，和Fz分别表示在X+、X-、Y+、Y-和Z方向上所受的作用力，F1、F2、F3、F4表示为电触点所在侧面的作用力，表示的为F1和F4与X轴的夹角、F2和F3与Y轴的夹角。
本实用新型提供的四棱台式三维力柔性触觉传感器精度以及稳定性高。
附图说明
图1为本实用新型正四棱台敏感结构单元。
图2为本实用新型正四棱台柔性三维触觉传感器单元。
图3为本实用新型柔性三维触觉传感器受力分析图。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。
如图1、图2所示，正四棱台式三维力柔性触觉传感器包括柔性敏感结构单元1和柔性绝缘材料制备而成的基底7。三维力柔性触觉传感单元1为正四棱台结构，由导电橡胶制备而成，在软硬度上导电橡胶的敏感单元硬度要小于绝缘材料的基底7结构。
正四棱台的上下端面平行于三维直角坐标XOY，其中与电触点2、5所在的平面与上下端面相交的直线平行于Y轴，与电触点3、4所在的平面与上下端面相交的直线平行于X轴。上端面分别与四个侧面以及下端面等效形成电阻R1、R2、R3、R4及R5，四个侧面及下端面分别贴有电触点2、3、4、5及6。通过测量各个电触点的值可得到各个电阻值。正四棱台上端面边长为4cm，下端面边长为2cm，高为2cm。
本实用新型的触觉传感器的上端面受到外界作用力的情况下，内部发生形变，所受到的力可分解到四个侧面以及下端面。根据压阻方程Fi＝f(Ri)，i＝1,2,3,4,5，可求得侧面及下端面的受力大小，其中f由导电橡胶材料的物理性质决定。
如图3所示，触觉传感器单元的三维受力如下：
上式中，F1、F2、F3、F4及F5分别表示为电触点2、3、4、5、6所在面的作用力，表示的为F1和F4与X轴的夹角、F2和F3与Y轴的夹角。F5测量的为传感器的正向压力，应等同于FZ，即F5＝f(R5)＝FZ。该条件可用于判断传感器的状态性，当F5不等于FZ时，传感器处于故障状态。
本实用新型的触觉传感器需要进行标定，用不同大小的力反复作用于X、Y和Z方向，并测得在不同作用力情况下对应的各个电触点的电阻值之间的关系，以此方式实现传感器的标定，然后利用相关的机器学习算法得到触觉传感器各个电阻与三维力之间的数学关系。
本领域技术人员可显见，可对本实用新型的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本实用新型的精神和范围。因此，旨在使本实用新型覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本实用新型的修改和变型。

Claims (4)

1.一种正四棱台式三维力柔性触觉传感器，其包括柔性敏感结构单元(1)和柔性绝缘材料制备而成的基底(7)，其特征在于，柔性敏感结构单元(1)为正四棱台结构，所述柔性敏感结构单元(1)包括下端面、与下端面平行的上端面以及四个侧面，所述下端面和四个侧面分别贴有一个电触点。
2.如权利要求1所述的正四棱台式三维力柔性触觉传感器，其特征在于，所述柔性敏感结构单元(1)由导电橡胶制备而成。
3.如权利要求2所述的正四棱台式三维力柔性触觉传感器，其特征在于，所述柔性敏感结构单元(1)的硬度小于基底(7)的硬度。
4.如权利要求1所述的正四棱台式三维力柔性触觉传感器，其特征在于，所述柔性敏感结构单元(1)的上端面的边长为4cm，所述下端面的边长为2cm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113483924A (zh) * 2021-06-18 2021-10-08 清华大学深圳国际研究生院 一种基于超材料的高灵敏度压力传感器

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