CN214686591U - 一种集成式电子皮肤装置及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成式电子皮肤装置及机器人，涉及智能机器人领域，集成式电子皮肤装置包括接口板、多个电子皮肤单元和第二排线，所述电子皮肤单元包括底衬薄膜、敏感单元和第一排线，所述敏感单元和所述第一排线设置于所述底衬薄膜的一侧，所述敏感单元与所述第一排线电连接；所述第二排线的一端与所述第一排线电连接，另一端与所述接口板的一侧连接。通过第二排线将多个电子皮肤单元与接口板连接，形成敏感单元阵列，提高电子皮肤的感知精度，方便电子皮肤的安装和拆卸；由于使用厚度较薄且较为柔软的第二排线连接电子皮肤单元与接口板，不会影响上方电子皮肤单元的正常工作。

Description

一种集成式电子皮肤装置及机器人

技术领域

本实用新型涉及智能机器人领域，尤其涉及一种集成式电子皮肤装置及机器人

背景技术

皮肤是人体最大也是最重要的器官之一，皮肤与其中的多种类型传感器共同作用构成了人体五感之一的触感。为了赋予机器和设备类似的触感，电子皮肤技术应运而生。该技术能够提供轻薄柔软的触觉芯片，并与机器集成，赋予这些机器人造触觉，从而进行更加智能化的精准控制。目前的电子皮肤由于受到生产成本和加工工艺限制，电子皮肤难以加工成大规模阵列。此外，现有的电子皮肤还存在安装和拆卸不便的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种集成式电子皮肤装置及机器人，用以解决现有电子皮肤由于受到生产成本和加工工艺限制，电子皮肤难以加工成大规模阵列，以及安装和拆卸不便的问题。

本实用新型提供一种集成式电子皮肤装置，包括：

接口板；

多个电子皮肤单元，所述电子皮肤单元包括底衬薄膜、敏感单元和第一排线，所述敏感单元和所述第一排线设置于所述底衬薄膜的一侧，所述敏感单元与所述第一排线电连接；

第二排线，所述第二排线的一端与所述第一排线电连接，另一端与所述接口板的一侧连接。

根据本实用新型提供的集成式电子皮肤装置，所述第二排线的另一端与所述接口板的一侧通过胶粘、卡接或焊接连接。

根据本实用新型提供的集成式电子皮肤装置，还包括：

插接口，所述插接口与所述接口板连接，以使所述插接口与所述第二排线的另一端电连接。

根据本实用新型提供的集成式电子皮肤装置，所述底衬薄膜的材料为柔性材料。

根据本实用新型提供的集成式电子皮肤装置，所述第一排线与所述第二排线一体成型。

根据本实用新型提供的集成式电子皮肤装置，所述第一排线与所述第二排线均为FPC排线。

本实用新型还提供一种机器人，所述机器人包括如上所述的集成式电子皮肤装置。

本实用新型还提供一种集成式电子皮肤装置制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

在基材的表面设置底衬薄膜；

在所述底衬薄膜背离所述基材的一侧设置印刷排线；

在所述底衬薄膜背离所述基材的一侧设置敏感单元，并使所述敏感单元与所述印刷排线电连接；

在所述底衬薄膜背离所述基材的一侧设置防护涂层，以将所述敏感单元与所述印刷排线包覆；

对所述防护涂层进行图形化，以使所述印刷排线暴露在所述防护涂层外，并对所述防护涂层和所述底衬薄膜进行切模；

将所述印刷排线的暴露部分与接口板的一侧连接。

根据本实用新型提供的集成式电子皮肤装置制作方法，所述基材为硅片或玻璃片。

根据本实用新型提供的集成式电子皮肤装置制作方法，所述敏感单元与所述印刷排线通过丝网印刷印制于所述底衬薄膜背离所述基材的一侧。

本实用新型提供的集成式电子皮肤装置，通过第二排线将多个电子皮肤单元与接口板连接，形成敏感单元阵列，提高电子皮肤的感知精度，方便电子皮肤的安装和拆卸；由于使用厚度较薄且较为柔软的第二排线连接电子皮肤单元与接口板，不会影响上方电子皮肤单元的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的集成式电子皮肤装置的立体结构示意图；

图2是本实用新型提供的集成式电子皮肤装置的俯视结构示意图；

图3是本实用新型提供的机械手和集成式电子皮肤装置的结构示意图；

图4是本实用新型提供的集成式电子皮肤装置制作过程示意图；

图5是本实用新型提供的集成式电子皮肤装置制作方法的流程示意图。

附图标记：

101、底衬薄膜；102、第一排线；103、敏感单元；104、印刷排线；105、防护涂层；106、端子开口；201、第二排线；202、接口板；301、插接口；401、机械手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图5描述本实用新型的集成式电子皮肤装置及机器人。

图1示例了一种集成式电子皮肤装置的立体结构示意图，如图1所示，集成式电子皮肤装置包括接口板202、多个电子皮肤单元和第二排线201，电子皮肤单元包括底衬薄膜101、敏感单元103和第一排线102。敏感单元103和第一排线102设置于底衬薄膜101的一侧，敏感单元103与第一排线102电连接。第二排线201的一端与第一排线102电连接，另一端与接口板202的一侧连接。

通过第二排线201将多个电子皮肤单元与接口板202连接，形成敏感单元103阵列，提高电子皮肤的感知精度，方便电子皮肤的安装和拆卸；由于使用厚度较薄且较为柔软的第二排线201连接电子皮肤单元与接口板202，不会影响上方电子皮肤单元的正常工作。

这里，多个电子皮肤单元可以纵向间隔排列，也可以横向间隔排列，还可根据需要排列成矩阵形式。安装时，底衬薄膜101固定于机器人的预定位置，底衬薄膜101与机器人可采用胶粘或扣件连接的方式。敏感单元103可以是触觉传感器、压觉传感器、力觉传感器、滑觉传感器中的一种或几种的组合，其中，触觉传感器可以是光电传感器、微动开关或压敏高分子材料原件；压觉传感器可以是压电元件、导电橡胶或压敏高分子材料原件；力觉传感器可以是应变片或导电橡胶；滑觉传感器可以是光电旋转传感器、角编码器或振动检测器。

在一个实施例中，底衬薄膜101用于为敏感单元103和第一排线102提供安装基础，底衬薄膜101的材料为柔性材料，柔性材料可以为聚酰亚胺、聚对二甲苯或热塑性聚氨酯弹性体橡胶，但是柔性材料并不限定于此，使用柔性材料可确保安装时，底衬薄膜101可与机器人更好的贴合，不会对机器人外层皮肤的安装造成影响。

根据本实用新型的实施例，图2示例了一种集成式电子皮肤装置的俯视结构示意图，如图2所示，第二排线201的另一端与接口板202的一侧通过胶粘连接，当然第二排线201的另一端与接口板202的连接方式并不限定于此，也可采用卡接或焊接连接。多个电子皮肤单元的第二排线201在接口板202的一侧依次排列，避免相互影响，方便进行连接。连接时，将接口板202与其配合的连接件连接，可实现多个电子皮肤单元的同时连接，方便电子皮肤的安装和拆卸。本实施例中集成式电子皮肤装置还包括插接口301，插接口301与接口板202插接连接，以使插接口301与第二排线201的另一端电连接。插接口301与接口板202配合使用，实现了电子皮肤单元的快速连接，缩短电子皮肤的装配时间。在具体实施时，插接口301与第二排线201的另一端电连接有两种实现方式，一种是插接口301内的接触端子直接与第二排线201的另一端接触，这种连接方式虽然结构简单，但是容易导致第二排线201另一端的导线磨损，稳定性较差。另一种连接方式是在接口板202的一侧间隔设置多个接触端子，将每个接触端子与对应的第二排线201另一端的导线连接，插接口301与接口板202插接连接时，接口板202的接触端子与对应的插接口301内的接触端子接触，从而实现插接口301与第二排线201的另一端电连接，这种连接方式避免对第二排线201另一端的导线造成磨损，提高了电子皮肤连接的稳定性。

根据本实用新型的实施例，第一排线102与第二排线201一体成型，第一排线102与第二排线201均为FPC排线，第一排线102与第二排线201可采用丝网印刷方法印制。排线由于由柔性材料制成，且厚度较薄，排线可随同机器人的皮肤进行弯曲，当多个电子皮肤单元呈阵列排布时，处于下层的电子皮肤单元的第二排线201可从上层的电子皮肤单元下方通过，而不会对上层电子皮肤单元造成影响。

具体地，图3实例了本实用新型提供的机械手和集成式电子皮肤装置的结构示意图，如图3所示，下面以将本实用新型实施例提供的集成式电子皮肤装置应用在机械手401上为例来说明该集成式电子皮肤装置。

本实施例中集成式电子皮肤装置包括接口板202、电子皮肤单元、第二排线201和插接口301，电子皮肤单元包括底衬薄膜101、敏感单元103和第一排线102。敏感单元103和第一排线102设置于底衬薄膜101的一侧，敏感单元103和第一排线102均设置有多个，每个第一排线102对应一个敏感单元103，敏感单元103与第一排线102电连接。第二排线201的数量与电子皮肤单元的数量均为三个，且两者一一对应，第二排线201的一端与第一排线102电连接，第二排线201的另一端与接口板202的一侧通过胶粘连接。插接口301与接口板202插接连接，以使插接口301与第二排线201的另一端电连接。本实施例中机械手401上设置有五个集成式电子皮肤装置，五个集成式电子皮肤装置分别设置于五根机械手指上，每个机械手指关节对应一个电子皮肤单元，底衬薄膜101与对应的机械手指关节贴合，以使机械手指关节与敏感单元103耦合，提高敏感单元103感应的准确性。敏感单元103的具体类型根据机械手401的工作内容和所要检测的数据类型进行确定，在此不行具体限定。机械手401工作时，机械手的手指发生弯曲，第一排线102和第二排线201随同机械手的手指一同发生弯曲，敏感单元103则与物体进行接触以获取各种检测数据。

本实用新型还提供一种机器人，机器人包括如上实施例所述的集成式电子皮肤装置。

图4示例了本实用新型提供的集成式电子皮肤装置制作过程示意图，图5示例了本实用新型提供的集成式电子皮肤装置制作方法的流程示意图，如图4和5所示，本明还提供一种集成式电子皮肤装置制作方法，制作方法包括以下步骤：

步骤a1，在基材的表面设置底衬薄膜101；

基材的表面要求光滑，以防止底衬薄膜101固化过程中发生粘连，基材的导热性越好，底衬薄膜101的固化速度则越快。本实施例中基材为玻璃片，当然也可为硅片。底衬薄膜101的设置方式有两种，一种方式是在制备电子皮肤之前提前制备好底衬薄膜101，使用时将底衬薄膜101平铺于基材的表面；另一种方式是采用旋涂的方法将液态的衬底材料旋涂在基材的表面，固化后形成平整的底衬薄膜101。

步骤a2，在底衬薄膜101背离基材的一侧设置印刷排线104；

这里，印刷排线104包括第一排线102与第二排线201，将印刷排线104印刷于底衬薄膜101背离基材的一侧，底衬薄膜101增加了印刷排线104的结构强度，还减小了电子皮肤的总厚度。

步骤a3，在底衬薄膜101背离基材的一侧设置敏感单元103，并使敏感单元103与印刷排线104电连接；

敏感单元103可以采用丝网印刷的方法印制于底衬薄膜101上，也可胶粘于底衬薄膜101上。同一电子皮肤单元的几个敏感单元103类型可以是相同类型的敏感单元103，也可以是不同类型的敏感单元103的组合，具体根据实际需要进行选择。

步骤a4，在底衬薄膜101背离基材的一侧设置防护涂层105，以将敏感单元103与印刷排线104包覆；

防护涂层105为感光绝缘材料，防护涂层105的设置方式同样采用旋涂的方式，将敏感单元103与印刷排线104包覆于防护涂层105中，可起到保护和固定的作用。

步骤a5，对防护涂层105进行图形化，以使印刷排线104暴露在防护涂层105外，并对防护涂层105和底衬薄膜101进行切模；

对防护涂层105进行图形化是通过紫外光和掩膜进行图形化，使印刷排线104暴露在防护涂层105外，形成端子开口106，即使第二排线201的部分暴露在防护涂层105外，以方便与接口板202进行连接。对防护涂层105和底衬薄膜101进行切模之后，便可得到多个电子皮肤单元。

步骤a6，将印刷排线104的暴露部分与接口板202的一侧连接。

接口板202与印刷排线104的暴露部分的连接方式有多种，本实施例中是将接口板202设置于底衬薄膜101靠近基材的一侧，将印刷排线104的暴露部分与接口板202的一侧连接，实现了多个第二排线201与接口板202的连接，接口板202对多个第二排线201起到一定的固定作用，方便电子皮肤的安装和拆卸。接口板202连接完成后，电子皮肤装置制作完成，由于整个过程工艺简单，且具有可重复性，方便大规模推广使用，从而进一步降低电子皮肤的生产成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种集成式电子皮肤装置，其特征在于，包括：

接口板；

多个电子皮肤单元，所述电子皮肤单元包括底衬薄膜、敏感单元和第一排线，所述敏感单元和所述第一排线设置于所述底衬薄膜的一侧，所述敏感单元与所述第一排线电连接；

第二排线，所述第二排线的一端与所述第一排线电连接，另一端与所述接口板的一侧连接。

2.根据权利要求1所述的集成式电子皮肤装置，其特征在于，所述第二排线的另一端与所述接口板的一侧通过胶粘、卡接或焊接连接。

3.根据权利要求1或2所述的集成式电子皮肤装置，其特征在于，还包括：

插接口，所述插接口与所述接口板连接，以使所述插接口与所述第二排线的另一端电连接。

4.根据权利要求3所述的集成式电子皮肤装置，其特征在于，所述底衬薄膜的材料为柔性材料。

5.根据权利要求1所述的集成式电子皮肤装置，其特征在于，所述第一排线与所述第二排线一体成型。

6.根据权利要求1或5所述的集成式电子皮肤装置，其特征在于，所述第一排线与所述第二排线均为FPC排线。

7.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括权利要求1至6任一项所述的集成式电子皮肤装置。

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