CN216940798U - 具有触觉感知功能的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于机器人领域，提供了一种具有触觉感知功能的机器人，所述机器人的外表面设有触觉感知区域，所述触觉感知区域中粘贴有电子皮肤，所述电子皮肤包括可输出与所受外力对应的电信号的电子皮肤传感器模块、用于根据接收到的电信号判断是否有电子皮肤被触碰的处理器。本实用新型通过在机器人的外表面设置触觉感知区域，并在触觉感知区域中粘贴上电子皮肤，该电子皮肤中的电子皮肤传感器模块可以在受到外力触碰时输出与外力对应的电信号。上述电子皮肤可以根据需要设置在机器人的任何部位，可以全面提高机器人的安全性，并且，机器人可以基于电子皮肤输出的电信号进行相应的反馈操作，实现与使用者的互动，有助于提升使用体验。

Description

具有触觉感知功能的机器人

技术领域

本实用新型属于机器人领域，尤其涉及一种具有触觉感知功能的机器人。

背景技术

随着科技的发展，人们的生活水平得到了极大提升，消费能力也逐渐增强。在广场上、大商城、餐饮店、酒店等商务场所，机器人正逐渐成为提供服务的得力助手。

机器人在行进过程中需要实时检测其是否受到碰撞以便做出合适的反应，防止受损。目前市场上的机器人大多通过在机器人底部安装防撞条的方式来检测碰撞，但是这种方式仅仅能检测底部力度较大的碰撞，而且能检测的面积也有限，对于机器人其他部位可能发生的碰撞则无法检测出，例如，当机器人的行进路径上在离地面较高位置突然临时伸出有障碍物时，底部的防撞条就无法检测到，就有可能损伤到机器人。

并且，机器人在实际使用过程中还会涉及到与人的交互，虽然有的机器人可能会带有可触控的操作界面，但是该操作界面通常会固定设置在机器人的某一部位，用户的使用体验受到限制。

总之，现有的机器人仅靠底部防撞条和在固定部位设置的操作界面不仅安全性差，用户的使用体验也难以保证。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题为如何提高机器人在日常使用过程中的安全性以及提升用户使用体验。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有触觉感知功能的机器人，所述机器人的外表面设有触觉感知区域，所述触觉感知区域中粘贴有电子皮肤，所述电子皮肤包括可通过输出端口输出与所受外力对应的电信号的电子皮肤传感器模块；所述机器人还包括与所述输出端口电性连接并用于根据接收到的电信号判断是否有电子皮肤被触碰的处理器。

进一步地，所述电子皮肤的背面具有背胶层，所述电子皮肤通过所述背胶层直接粘贴在所述触觉感知区域中机器人的外表面。

进一步地，所述电子皮肤至少正面被喷涂的热熔胶覆盖后粘贴在所述触觉感知区域中机器人的外表面。

进一步地，所述电子皮肤的外表面具有保护层。

进一步地，所述机器人包括底盘和机器人本体，所述机器人本体安装于所述底盘上；所述触觉感知区域为多个，所述底盘和所述机器人本体上均设有所述触觉感知区域。

进一步地，所述底盘的正面和/或侧面设有所述触觉感知区域；所述机器人本体的正面和/或侧面设有所述触觉感知区域。

进一步地，所述底盘和所述机器人本体之间的缝隙设有所述触觉感知区域，和/或在所述底盘下方，所述底盘和地面之间的缝隙设有所述触觉感知区域。

进一步地，每块电子皮肤中的所述电子皮肤传感器模块包括阵列式排布的电子皮肤传感器，各触觉感知区域上标识有便于粘贴电子皮肤传感器的矩阵网格；每个所述阵列式电子皮肤传感器模块中的各电子皮肤传感器分为若干组，属于同一组中的电子皮肤传感器的电信号输出端共同连接至一个输出端口，该输出端口以无线形式与所述处理器连接，将同一组中的电子皮肤传感器的电信号发送至所述处理器；且每一组的电子皮肤传感器在各触觉感知区域内整体可撕落地粘贴。

进一步地，所述机器人还包括：触觉感知区域设置模块，与所述处理器连接，用于在所述处理器中设置当前粘贴有电子皮肤的触觉感知区域；所述处理器在检测到有电子皮肤被触碰时，执行与被触碰的电子皮肤所在的触觉感知区域所对应的触觉反馈操作。

进一步地，不同的所述触觉感知区域的周围设置有不同颜色的LED指示灯。

本实用新型通过在机器人的外表面设置触觉感知区域，并在触觉感知区域中粘贴上电子皮肤，该电子皮肤中的电子皮肤传感器模块可以在受到外力触碰时输出与外力对应的电信号。上述电子皮肤可以根据需要设置在机器人的任何部位，可以全面提高机器人的安全性，并且，机器人可以基于电子皮肤输出的电信号进行相应的反馈操作，实现与使用者的互动，有助于提升使用体验。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的一种机器人在外表面粘贴电子皮肤的侧视图；

图2是本实用新型第二实施例提供的电子皮肤在机器人外表面的布局示意图；

图3是本实用新型第二实施例提供的电子皮肤中的电子皮肤传感器的排布方式的正视图；

图4是本实用新型第二实施例提供的电子皮肤中的电子皮肤传感器的排布方式的俯视图；

图5是本实用新型第三实施例提供的机器人的电子皮肤在若干触觉感知区域中的粘贴示意图；

图6是本实用新型第三实施例提供的每块电子皮肤中的阵列式排布的电子皮肤传感器以组为单位与处理器的无线连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，本实用新型第一实施例提供了一种具有触觉感知功能的机器人，该机器人的外表面1设有触觉感知区域，触觉感知区域中粘贴有电子皮肤2，电子皮肤2包括可输出与所受外力对应的电信号的电子皮肤传感器模块。

机器人的外表面1材质类型不限，可以为塑料、木质、铁质等，只要能将电子皮肤2粘贴上即可。

触觉感知区域的数量不限，位置也不限，可以在机器人外表面的一处或多处甚至全身都作为触觉感知区域而粘贴上电子皮肤2，本实用新型中，为便于描述，将每一个触觉感知区域中的电子皮肤2称作“一块电子皮肤”。

电子皮肤2的具体结构和材料不限，主要目的是检测被触碰时的外力大小，需要安装在机器人的外表面1上，需要在受到外力触碰时将外力转换为对应大小的电信号。具体可以是基于电容薄膜结构，也可以是基于力敏材料，前者的检测是在导体触碰或人体触碰的情况下才能产生信号实现检测，不适用于非导体的触碰，而后者是通过力敏材料受力形变引发的电阻变化而判断是否有外力施加，需要在外力引发的形变到一定程度上才能检测出来。

具体的粘贴方式也不限，可以根据机器人的使用环境灵活选用合适的粘贴方式，例如当机器人需要使用在干净无尘、湿度较小的环境中，可以在电子皮肤2的背面设置粘性均匀、粘贴力牢固的背胶层21(如双面胶等)，电子皮肤 2通过背胶层21直接粘贴在触觉感知区域中机器人的外表面1上。而当机器人使用在恶劣的环境时，如灰尘多、湿度大、环境中障碍物较多等场景，由于电子皮肤传感器模块本身是靠材质接触来实现压力的检测，如果材质外漏，有较多灰尘和水汽，将会极大地影响检测精度，这时可以考虑使用硅胶、软性胶质材料等热熔胶高温熔化后，直接喷涂在电子皮肤2的表面，具体可以是单面喷涂也可以是双面喷涂，使得电子皮肤至少正面覆盖热熔胶或正面、背面均覆盖热熔胶，使得电子皮肤2被喷涂的热熔胶覆盖而不会受到环境中的灰尘、水汽等侵入，然后再将覆盖了热熔胶的电子皮肤2固定在触觉感知区域中机器人的外表面1上，具体的固定方式也可以选用背胶粘贴的方式固定，或者磁性吸附的方式固定。

进一步地，为了避免电子皮肤2在受损，还可以在电子皮肤的外表面1具有保护层3，保护层3的材质不限，当然也可以取消，例如在上文所说的电子皮肤2被热熔胶覆盖时就可以省略保护层3。

本实用新型第一实施例通过在机器人的外表面1设置触觉感知区域，并在触觉感知区域中粘贴上电子皮肤2，该电子皮肤2中的电子皮肤传感器模块可以在受到外力触碰时输出与外力对应的电信号。上述电子皮肤2可以根据需要设置在机器人的任何部位，可以全面提高机器人的安全性，并且，机器人可以基于电子皮肤输出的电信号进行相应的反馈操作，实现与使用者的互动，有助于提升使用体验。

需要说明的是，上述电子皮肤的直接采用背景粘贴或者被热熔胶覆盖后固定的方式不限于机器人产品上，同样可以应用在其他任何需要使用电子皮肤进行压力检测的产品上。

上述第一实施例侧重于描述电子皮肤在机器人上的安装方式，而具体的布局方式则参照本实用新型第二实施例，具体实施时，可将第一、第二实施例相结合。如图2所示，机器人包括底盘12和机器人本体11，机器人本体11安装于底盘12上，其中，机器人本体11是指机器人的功能主体部分，底盘12是指用于承载、带动机器人本体11运动的部分。需要说明的是，图2仅以模块示意图的方式示出了机器人的大体构成，该布局方式具体可以适用于底盘和机器人本体设计为任何形状、结构的机器人。

在图2中，触觉感知区域可以为多个，底盘12和/或机器人11本体上均可以设有所述触觉感知区域。例如，触觉感知区域可以设置在机器人本体11的正面111和/或侧面112，也可以设置在底盘12的正面121和/或侧面122，还可以设置在底盘12和机器人本体11之间的缝隙13，和/或在底盘12的下方、底盘 12和地面之间的缝隙中。

机器人本体11的正面111、侧面112上的电子皮肤2可用于检测发生在较高位置的触碰，底盘12正面121、侧面122上的电子皮肤2可用于检测发生在较低位置的障碍物触碰、人机交互，缝隙13和缝隙14设置触觉感知区域的目的主要是为了保护人身安全，识别碰撞，防止夹手、夹脚等事件。

为了实现更大范围的覆盖，能够明确区分到底是哪个位置、哪个方向发生碰撞，机器人使用图3、图4中的阵列式的安装布局方式。具体地，每块电子皮肤中的所述电子皮肤传感器模块包括阵列式排布的电子皮肤传感器，对于机器人外表面为曲线的位置，可以选用柔性材料制作的电子皮肤，如图4中的第 1列和第n列。

每块电子皮肤2中的电子皮肤传感器的行数、列数、间隔以及每个电子皮肤传感器的大小可以根据实际情况调整，如机器人大小、面积、表面平整度、检测精度等。

第二实施例所提供的阵列式电子皮肤传感器组成的电子皮肤的面积可以随意根据需求调整，能灵活改变、适应任何结构的机器人外表面，可以大范围的随意检测机身发生碰撞的位置、碰撞时力的大小，基于可以确认碰撞的位置，机器人可以基于此来判断前面障碍物的大体方位，进而避障、防止夹手、夹脚等。同时，在应用层面，还可以基于该阵列式电子皮肤传感器可以收集在某种场景下，比如餐厅、服务大厅等，机器人发生碰撞次数较多的位置，进而在机器人设计时增加该部位的材质强度，增加机器人的使用寿命，作为后续机器人在某个场景下的设计参考。

与第一、第二实施例相结合，本实用新型第三实施例从节省成本、支持用户自定义电子皮肤的具体粘贴位置的原则出发，无需在所有的触觉感知区域粘贴电子皮肤，而仅在部分触觉感知区域中粘贴有所述电子皮肤，这样可以提升机器人的通用性，无需根据不同的使用场景再去更改设计。

如图5所示，第三实施例中，一部分触觉感知区域10中粘贴有由阵列式电子皮肤传感器22组成的电子皮肤(称作A区域)，另一部分触觉感知区域10 中则为空白没有粘贴电子皮肤(称作B区域)。当使用场景更换，可以将A区域中的阵列式电子皮肤传感器22取下，重新粘贴在目标B区域中。可以在不同的触觉感知区域10的周围设置有不同颜色的LED指示灯，便于用户快速分辨、定位到目标触觉感知区域。

为方便粘贴更换，可以在各触觉感知区域10上标识出便于粘贴电子皮肤传感器的矩阵网格，粘贴时，一个网格粘贴一个电子皮肤传感器22，可以提升粘贴效率和整齐度。

另外，考虑到第三实施例中的电子皮肤传感器22可以随意挪动位置，需要使得电子皮肤传感器22输出的电信号在每个触觉感知区域都能正常输入到处理器5中，以便于处理器5根据接收到的电信号判断是否有电子皮肤被触碰，具体可以采用无线传输电信号的方式至处理器5。

机器人不同位置的触觉感知区域10的大小可能会不同，这样在更换阵列式电子皮肤传感器22的位置时，就无法将某一触觉感知区域10中的所有电子皮肤传感器22全部移动到另一个触觉感知区域10中。为解决此问题，如图6所示，本实施例中将每个所述阵列式电子皮肤传感器模块中的各电子皮肤传感器 22分为若干组，属于同一组中的电子皮肤传感器22的电信号输出端共同连接至一个输出端口220，该输出端口220以无线形式与处理器5连接，用于将同一组中的电子皮肤传感器22的电信号发送至处理器22，并且，每一组的电子皮肤传感器22在各触觉感知区域内10整体可撕落地粘贴，其中，可撕落地粘贴是指粘贴后可以撕落，并再次粘贴正常使用。这种方式中，在更换电子皮肤的位置时，只需要以较小的组为单位移动电子皮肤传感器22，灵活方便。

进一步地，机器人的不同部位发生触碰有不同的原因，例如，下部的底盘的位置发生触碰可能是遇到障碍了，上部的机器人本体发生外力触碰可能是在进行人机交互。这时，机器人需要作出相应的反馈操作，例如在下部的底盘被触碰时，处理器5需要向机器人的避障机构反馈避障指令，在上部的机器人本体被触碰时，需要处理器控制输出不同的语音或控制执行相应的动作进行交流。

因此，第三实施例中还需要处理器5在作出反馈之前明确知道当前有哪些触觉感知区域中粘贴了电子皮肤。机器人还包括一与处理器5连接的触觉感知区域设置模块，用于在处理器5中设置当前粘贴有电子皮肤的触觉感知区域，这样处理器5在检测到有电子皮肤被触碰时，执行与被触碰的电子皮肤所在的触觉感知区域所对应的触觉反馈操作。

具体地，可以在处理器5中预先设置一记事本，该记事本上记录有每个触觉感知区域可执行的触觉反馈操作事项，例如，A区域可执行的触觉反馈操作有A1、A2、A3等，B区域可执行的触觉反馈操作有B1、B2、B3等。当通过触觉感知区域设置模块设置好当前粘贴有电子皮肤的触觉感知区域后，处理器 5开始检测当前的设置好的区域中是否有触碰，如果有，则根据具体的触碰事件来执行该区域中对应的触觉反馈操作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，所述机器人的外表面设有触觉感知区域，所述触觉感知区域中粘贴有电子皮肤，所述电子皮肤包括可通过输出端口输出与所受外力对应的电信号的电子皮肤传感器模块；

所述机器人还包括与所述输出端口电性连接并用于根据接收到的电信号判断是否有电子皮肤被触碰的处理器。

2.如权利要求1所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，所述电子皮肤的背面具有背胶层，所述电子皮肤通过所述背胶层直接粘贴在所述触觉感知区域中机器人的外表面。

3.如权利要求1所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，所述电子皮肤至少正面被喷涂的热熔胶覆盖后固定在所述触觉感知区域中机器人的外表面。

4.如权利要求1至3任一项所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，所述电子皮肤的外表面具有保护层。

5.如权利要求1所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，所述机器人包括底盘和机器人本体，所述机器人本体安装于所述底盘上；所述触觉感知区域为多个，所述底盘和所述机器人本体上均设有所述触觉感知区域。

6.如权利要求5所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，所述底盘的正面和/或侧面设有所述触觉感知区域；所述机器人本体的正面和/或侧面设有所述触觉感知区域。

7.如权利要求5所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，所述底盘和所述机器人本体之间的缝隙设有所述触觉感知区域，和/或在所述底盘下方，所述底盘和地面之间的缝隙设有所述触觉感知区域。

8.如权利要求5至7任一项所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，每块电子皮肤中的所述电子皮肤传感器模块包括阵列式排布的电子皮肤传感器，各触觉感知区域上标识有便于粘贴电子皮肤传感器的矩阵网格；

每个所述阵列式电子皮肤传感器模块中的各电子皮肤传感器分为若干组，属于同一组中的电子皮肤传感器的电信号输出端共同连接至一个输出端口，该输出端口以无线形式与所述处理器连接，将同一组中的电子皮肤传感器的电信号发送至所述处理器；且每一组的电子皮肤传感器在各触觉感知区域内整体可撕落地粘贴。

9.如权利要求8所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，所述机器人还包括：

触觉感知区域设置模块，与所述处理器连接，用于在所述处理器中设置当前粘贴有电子皮肤的触觉感知区域；

所述处理器在检测到有电子皮肤被触碰时，执行与被触碰的电子皮肤所在的触觉感知区域所对应的触觉反馈操作。

10.如权利要求5所述的具有触觉感知功能的机器人，其特征在于，不同的所述触觉感知区域的周围设置有不同颜色的LED指示灯。

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