CN207763858U - 一种正四棱台式柔性多维力传感器阵列 - Google Patents
一种正四棱台式柔性多维力传感器阵列 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种正四棱台式柔性多维力传感器阵列，其包括多个有序排列的敏感结构单元以及填充在敏感结构单元之间的由柔性绝缘材料制备而成的基体。所述敏感结构单元为正四棱台结构。本实用新型的正四棱台式柔性多维力传感器阵列结构简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，具体是一种可用于吸附式喷涂机器人底盘的正四棱台式柔性多维力传感器阵列。
背景技术
触觉是人类和机器人获取环境和对象信息的一种仅次于视觉的重要知觉形式。吸附式喷涂机器人要安全可靠的贴紧目标曲面，并掌控机器人底盘与目标曲面之间的相对滑动，要求触觉传感器能感知正压力的同时也需要能感知切向力。当吸附式喷涂机器人在不规则曲面上工作时，甚至需要多点多维方向力的检测以及机器人在曲面上运动轨迹的检测，这就需要一款阵列式的触觉传感器能感知多维方向的力。
目前，国内外已经研制出多种三维力传感器，但是基于全柔性的触觉传感器阵列比较少，中科院合肥智能机械研究所研制的可检测三维力的“人工皮肤”，具有整体多层阵列式结构，能感知多维力信息的柔性多维触觉传感器系统。这种传感器阵列具有一定的柔性，但是对加工工艺的要求很高，并且迟滞性很大。
另外，有关多维力柔性触觉传感器阵列的专利文件有CN103134622A和CN206281590U等。他们主要是设计了传感器的微结构单元，各个微结构单元之间采用绝缘橡胶填充，以实现触觉传感器的柔软性以及轨迹跟踪特性。上述专利加工工艺简单，但是微结构之间存在着较强的耦合关系，同时无法判断在使用过程中触觉传感器是否处于故障情况。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单的正四棱台式柔性多维力传感器阵列。
根据本实用新型的一个方面，提供一种正四棱台式柔性多维力传感器阵列，其包括多个有序排列的敏感结构单元以及填充在敏感结构单元之间的由柔性绝缘材料制备而成的基体，所述敏感结构单元为正四棱台结构。
优选地，所述敏感结构单元为矩形阵列排布。
优选地，所述敏感结构单元由具有压阻效应的柔性导电橡胶制成。
优选地，所述敏感结构单元的上端面与四个侧面以及下端面等效形成电阻R1～R5，通过测量敏感结构的等效电阻，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。
优选地，触觉传感器阵列的敏感结构单元三维受力如下：
Fx＝f1(F1,F2,F3,F4,F5)
Fy＝f2(F1,F2,F3,F4,F5)
Fz＝f3(F1,F2,F3,F4,F5)
其中，F1、F2、F3、F4及F5分别表示为正四棱台式柔性多维力传感器阵列的四个侧面与下端面所受的作用力，Fx为X轴方向上的力，Fy为Y轴方向上的力，Fz为Z轴方向上的力，X轴平行于力F1和F4所作用的侧面，Y轴平行于力F2和F3所作用的侧面，F5作用于下端面。
优选地，其用于追踪连续的运动轨迹。
本实用新型提供的正四棱台式柔性多维力传感器阵列结构简单。
附图说明
图1为本实用新型的正四棱台式柔性多维力传感器阵列的立体示意图。
图2为本实用新型的正四棱台式柔性多维力传感器的立体图。
图3为本实用新型的正四棱台式柔性多维力传感器阵列上的施力触点滑动轨迹。
具体实施方式
如图1所示，正四棱台式柔性多维力触觉传感器阵列包括若干个有序排列的敏感结构单元1，敏感结构单元1之间填充有由柔性绝缘材料制备而成的基体7。触觉传感器的敏感结构单元1为正四棱台结构，由具有压阻效应的柔性导电橡胶制备。在软硬度上导电橡胶的敏感结构单元1的硬度要小于绝缘材料的基底7结构的硬度。所述的有序排列指的是触觉传感器敏感结构单元1在被检测区域呈规则排布。在优选的实施方式中，敏感结构单元1为矩形阵列排布。本实用新型的一种正四棱台式柔性多维力触觉传感器阵列适用于吸附式喷涂机器人的底盘。
进一步参见图2所示，敏感结构单元1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。
所述正四棱台式柔性多维力触觉传感器阵列的敏感结构单元1的其中一边平行于三维直角坐标系的X轴，另一边平行于Y轴。阵列中每个敏感结构单元1的上端面11与四个侧面(12,13,14,15)以及一个下端面16等效形成电阻R1～R5，通过测量敏感结构的等效电阻，根据压阻方程Fi＝f(Ri)，i＝1,2,3,4,5，可求得侧面(12,13,14,15)及下端面16的受力大小，其中f由导电橡胶材料的物理性质决定。
在本实施方式中，侧面(12,13,14,15)分别设有电触点(2,3,4,5)。下端面16设有电触点6。
触觉传感器阵列的敏感结构单元1三维受力如下：
Fx＝f1(F1,F2,F3,F4,F5)
Fy＝f2(F1,F2,F3,F4,F5)
Fz＝f3(F1,F2,F3,F4,F5)
其中，F1、F2、F3、F4及F5分别表示为正四棱台式柔性多维力传感器阵列的四个侧面(12，13，14，15)与下端面16所受的作用力，Fx为X轴方向上的力，Fy为Y轴方向上的力，Fz为Z轴方向上的力，X轴平行于力F1和F4所作用的侧面(13，14)，Y轴平行于力F2和F3所作用的侧面(12，15)，F5作用于下端面16。
参见图3所示，本实用新型的柔性多维力触觉传感器阵列可追踪连续的运动轨迹，当施力点从O1到O2到O3，相应附近的敏感结构单元1受力最大，则可检测出轨迹点的状态。
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 (3)
1.一种正四棱台式柔性多维力传感器阵列，其包括多个有序排列的敏感结构单元(1)以及填充在敏感结构单元(1)之间的由柔性绝缘材料制备而成的基体(7)，其特征在于，所述敏感结构单元(1)为正四棱台结构。
2.如权利要求1所述的正四棱台式柔性多维力传感器阵列，其特征在于，所述敏感结构单元(1)为矩形阵列排布。
3.如权利要求1所述的正四棱台式柔性多维力传感器阵列，其特征在于，所述敏感结构单元(1)由具有压阻效应的柔性导电橡胶制成。
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| CN201721524748.7U CN207763858U (zh) | 2017-11-15 | 2017-11-15 | 一种正四棱台式柔性多维力传感器阵列 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021128761A1 (zh) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 马洪文 | 分布式多维力测力系统及测力方法 |
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2017
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