CN217494330U - 柔性电子皮肤、机械臂和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种柔性电子皮肤、机械臂和机器人，柔性电子皮肤包括柔性的第一保护层、检测电路板、柔性的电极、线束和至少一个固定组件，其中，检测电路板设于第一保护层的一侧，且检测电路板通过固定组件固定于第一保护层；电极设于第一保护层的另一侧；线束穿设于第一保护层，一端与电极电连接，另一端与检测电路板电连接。本实用新型技术方案，可保证电极与检测电路板的稳定电连接和检测电路板固定牢靠性。

Description

柔性电子皮肤、机械臂和机器人

技术领域

本实用新型涉及工业机器人领域，特别涉及一种柔性电子皮肤、机械臂和机器人。

背景技术

目前，机械设备为了避免在运行过程中与接近物体发生碰撞，在其壳体上设置了电子皮肤，以根据电子皮肤对接近物体的探测，进行相应的避障控制。又由于机械设备在运行过程中或非运行过程中，有一些不可避免的碰撞的情况发生(比如被搬运时的磕碰)，为了防止电子皮肤的电极被碰撞损坏，电子皮肤被设计成柔性的电子皮肤，包覆在壳体的表面。

如图1所示，现有的柔性的电子皮肤主要包括柔性的保护层(图中未示)、检测电路板02和柔性的电极01，检测电路板02和电极01分别设置在保护层的两侧；电极01上焊接有与检测电路板02的固定孔021对位的铜螺柱03，检测电路板02通过螺钉(图中未示)穿过固定孔021并螺接在铜螺柱03上，从而实现检测电路板02的固定，并且检测电路板02与电极01之间通过螺钉与铜螺柱03进行电连接。这种柔性的电子皮肤存在以下不足：铜螺柱与电极的焊接比较困难，且焊接需要将铜螺柱的四周都用锡进行焊接，这样很容易使铜螺柱在四周部位没有被焊锡全部包围，产生虚焊，使铜螺柱的连接强度不稳定；铜螺柱容易在装配过程中由于是与柔性的保护层连接，在安装过程中柔性的保护层会变形，对铜螺柱的外周产生作用力，从而使铜螺柱与电极的连接出现松动或脱落，导致电极与检测电路板的电连接不稳定以及检测电路板的固定不牢靠。

实用新型内容

本实用新型提供一种柔性电子皮肤、机械臂和机器人，旨在解决电极与检测电路板电连接不稳定和检测电路板的固定不牢靠的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的柔性电子皮肤，包括：

柔性的第一保护层；

检测电路板，设于第一保护层的一侧；

柔性的电极，设于第一保护层的另一侧；

线束，穿设于第一保护层，一端与电极电连接，另一端与检测电路板电连接；

至少一个固定组件，检测电路板通过固定组件固定于第一保护层。

其中，线束的另一端与检测电路板通过插接端子电连接。

其中，插接端子为i-PEX接头。

其中，线束设有信号屏蔽层。

其中，线束为同轴线。

其中，线束的一端与电极通过焊接固定。

其中，固定组件包括螺钉和螺母，螺钉穿设于检测电路板和第一保护层，并与螺母螺接。

其中，第一保护层的另一侧开设有与螺母适配的沉头孔，螺母设于沉头孔中。

其中，螺母为法兰螺母，和/或，

螺钉为沉头螺钉。

其中，固定组件包括多个，多个固定组件分别设于检测电路板的边角处。

其中，第一保护层的一侧凹设有安装槽，检测电路板设于安装槽内。

其中，第一保护层的一侧还凹设有与安装槽连通的线槽，线槽的底面设有过孔，线束穿设于过孔，并沿线槽延伸至安装槽中。

其中，电极包括多个，检测电路板包括一个或多个，每一检测电路板均与多个电极电连接。

其中，线束为同轴线。

其中，柔性电子皮肤还包括柔性的第二保护层，第二保护层设于第一保护层的另一侧，电极夹在第一保护层与第二保护层之间。

本实用新型进一步提出一种机械臂，包括至少一主干和至少一关节模组，至少一主干和/或至少一关节模组上包覆有上述柔性电子皮肤。

本实用新型进一步还提出一种机器人，包括至少一个上述机械臂。

本实用新型技术方案，检测电路板与电极通过穿设第一保护层的线束电连接，并且，检测电路板通过额外的固定组件固定于第一保护层，检测电路板的安装固定和与电极的电连接分开，不相互影响，因此，相较于现有技术通过检测电路板与焊接在电极上的铜螺柱连接固定的方式，实现的检测电路板的固定和电连接而言，本实用新型的柔性电子皮肤，避免了由于采用铜螺柱易产生虚焊的情况，并且，在柔性电子皮肤安装过程中使第一保护层出现形变情况时，第一保护层的形变不会对线束与电极连接处产生影响，线束与电极电连接稳定，如此，保证电极与检测电路板的稳定电连接；另外，检测电路板通过固定组件直接固定在第一保护层上，避免了由于铜螺柱的焊接不牢固，以及铜螺柱易因保护层的形变作用力产生松动或脱落，而造成检测电路板的固定不牢靠的问题，从而有效保证了检测电路板固定牢靠性。

附图说明

图1为现有的柔性的电子皮肤中的检测电路板与电极连接的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中的柔性电子皮肤的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中的柔性电子皮肤的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中的第一保护层的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中的检测电路板与固定组件的结构示意图；

图6为本实用新型一实施例中的插接端子连接在线束上的接头结构示意图；

图7为本实用新型一实施例中的插接端子固定在检测电路板上的接头结构示意图；

图8为本实用新型一实施例中的柔性电子皮肤的结构示意图；

图9为本实用新型一实施例中的机械臂的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种柔性电子皮肤，主要应用于机械臂，通过包覆在机械臂的关节外壳或主干外壳上，既达到对机械臂的关节外壳或主干外壳的物理缓冲保护，又对迫近机械臂的关节外壳或主干外壳的物体进行检测，以使机械臂能及时采取防撞运动策略。

参阅图2至图4，图2是本实用新型一实施例中的柔性电子皮肤的结构示意图；图3是本实用新型一实施例中的柔性电子皮肤的结构示意图；图4是本实用新型一实施例中的第一保护层10的结构示意图。

在本实施例中，该柔性电子皮肤，包括第一保护层10、检测电路板20、电极30、线束40和至少一个固定组件。其中，第一保护层10和电极30都是柔性的；检测电路板20设于第一保护层10的一侧，电极30设于第一保护层10的另一侧，且检测电路板20通过固定组件固定在第一保护层10上；线束40穿设于第一保护层10，线束40的一端与电极30固定并电性连接，线束40的另一端与检测电路板20电连接。本实施例的柔性电子皮肤在机械臂上使用时，第一保护层10设有检测电路板20的一侧作为内侧贴着机械臂的外壳表面安装包覆。

其中，第一保护层10可以采用弹性体材料制成，例如，第一保护层10可由橡胶、气溶胶、硅胶、聚酯、聚醚、聚酯多元醇或发泡材料制成；当然，第一保护层10还可由其他弹性体材料或者与弹性体功能作用相同或相似的材料制成。由于弹性体材料具有更好的缓冲和吸能效果，因此柔性的装置外壳的缓冲减震能力进一步的提升，使机械臂在发生碰撞时，第一保护层10可以吸收更大部分的冲击力，使机械臂外壳受到的冲击力更小，更好的保护了机械臂的外壳。

本实施例的柔性电子皮肤，检测电路板20与电极30通过穿设第一保护层10的线束40电连接，并且，检测电路板20通过额外的固定组件固定于第一保护层10，检测电路板20的安装固定和与电极30的电连接分开，不相互影响，因此，相较于现有技术通过检测电路板与焊接在电极上的铜螺柱连接固定的方式，实现的检测电路板的固定和电连接而言，本实施例的柔性电子皮肤，避免了由于采用铜螺柱易产生虚焊的情况，并且，在柔性电子皮肤安装过程中使第一保护层10出现形变情况时，第一保护层10的形变不会对线束40与电极30连接处产生影响，线束40与电极30电连接稳定，如此，保证电极30与检测电路板20的稳定电连接；另外，检测电路板20通过固定组件直接固定在第一保护层10上，避免了由于铜螺柱的焊接不牢固，以及铜螺柱易因保护层的形变作用力产生松动或脱落，而造成检测电路板20的固定不牢靠的问题，从而有效保证了检测电路板20固定牢靠性。

在一些实施例中，线束40的一端与电极30通过焊接固定，线束40的一端可以直接用焊锡覆盖焊接，不会产生虚焊，使线束40与电极30的焊接更加容易，焊接强度更高，进一步提升线束40与电极30的电连接稳定性。当然，在其他实施例中，线束40的一端与电极30还可以通过粘接固定，插接端子插接固定，或其它固定方式固定。

在一些实施例中，线束40具有信号屏蔽层，通过信号屏蔽层可以有效屏蔽其它器件对线束40传输的信号的电磁干扰，保证线束40传输的信号的稳定性和准确性，从而使柔性电子皮肤的检测精度得到提升。本实施例中，线束40可选用同轴线；当然，在其他实施例中，线束40还可以采用具有相同功能作用的其它类型信号线。

在一些实施例中，每一固定组件均包括螺钉51和螺母52，螺钉51穿设于检测电路板20和第一保护层10，并与螺母52螺接。其中，固定组件可以是螺钉51依次先后穿设检测电路板20和第一保护层10后，与螺母52螺接，即螺钉51的头部与检测电路板20位于第一保护层10的同一侧，固定组件也可以是螺钉51依次先后穿设第一保护层10和检测电路板20后，与螺母52螺接，即螺母52与检测电路板20位于第一保护层10的同一侧。通过螺钉51依次穿设检测电路板20和第一保护层10后与螺母52螺接的方式，将检测电路板20直接与第一保护层10锁紧固定，保证检测电路板20与第一保护层10固定的牢固性。

在一些实施例中，固定组件还可以是卡扣组件，例如，卡扣组件包括扣接适配的第一扣接部和第二扣接部，第一扣接部和第二扣接部分别对应设于检测电路板20和第一保护层10上，检测电路板20通过第一扣接部与第二扣接部扣接实现固定在第一保护层10上。当然，在其他实施例中，固定组件还可以是其他类似功能作用的配合结构和配合组件。

在一些实施例中，线束40与检测电路板20的电连接方式可以是通过插接端子连接。由于柔性电子皮肤是用于包覆机械臂壳体的，内侧通常为内凹设置，检测电路板20通常设置在第一保护层10的内侧，检测电路板20与线束40若采用焊接的方式电连接，存在以下难点：焊接工具在第一保护层10的内侧操作不方便；焊接过程中掉落到第一保护层10上的焊锡会对第一保护层10造成烫伤损坏；并且，在检测电路板20需要维修或更换时，还需通过焊接工具将检测电路板20与线束40断开，操作麻烦；另外，柔性电子皮肤安装在机械臂壳体上使用时间长了，焊接端可能会由于振动而出现脱落的情况。而本实施例采用插接端子的连接方式，使检测电路板20与线束40的电连接及断开操作，均无需使用工具，徒手即可完成，连接方便快捷，且不会对第一保护层造成损伤，并且插接端子的电连接更加稳定，不容易由于振动造成断开。

参阅图6和图7，图6是本实用新型一实施例中的插接端子连接在线束40上接头71结构示意图，图7是本实用新型一实施例中的插接端子固定在检测电路板20上的接头72结构示意图。在本实施例中，插接端子采用i-PEX接头，由于i-PEX接头内置锁扣设计，能够抗高冲击和高振动，如此，可以进一步的保证线束40与检测电路板20的电连接的稳定性。

参阅图3和图5，图5是本实用新型一实施例中的检测电路板20与固定组件的结构示意图。

在本实施例中，固定组件包括多个，多个固定组件分别设于检测电路板20的边角处。通过将固定组件设置在检测电路板20的边角处，避免固定组件对检测电路板20的电路布线干扰，使得检测电路板20的电路布线更紧凑，检测电路板20的尺寸更小，同时，通过将检测电路板20的各个边角处固定，固定牢固性更好。

当然，在其他的实施例中，固定组件也可以设于检测电路板20的中心或其它位置。

参阅图2和图4，在本实施例中，第一保护层10的另一侧开设有与螺母52适配的沉头孔11，螺母52设于沉头孔11中。即第一保护层10设有电极30的那一侧侧壁上开设有沉头孔11，在安装检测电路板20上，将螺母52设置在沉头孔11中，然后拧紧螺钉51，使螺钉51与螺母52螺接固定。通过设置沉头孔11容纳螺母52，使螺母52不突出第一保护层10表面，避免由于螺母52的锁紧力，而对螺母52周围造成挤压变形。本实施例中，螺母52可采用六角螺母52，使其安装在适配的沉头孔11中，与螺钉51螺接固定使不会转动，使螺钉51安装更方便。

参照图5，本实施例中，螺母52采用法兰螺母，法兰螺母的法兰可以使螺母52卡紧在沉头孔11中，并且增大对第一保护层10的作用面积，使得螺母52对第一保护层10的压紧部位更不容易变形。在一些实施例中，螺钉51为沉头螺钉，沉头螺钉端部厚度小，不会额外增加检测电路板20的厚度。

参阅图3，在本实施例中，第一保护层10的内侧凹设有安装槽12，检测电路板20设于安装槽12内。通过设置安装槽12用于容纳安装检测电路板20，使检测电路板20不突出于第一保护层10的内侧表面，进而第一保护层10的内侧可以更好的与机械臂的外壳贴合安装。

在一些实施例中，第一保护层10的内侧还凹设有与安装槽12连通的线槽13，线槽13的底面设有过孔131，线束40穿设于过孔131，并沿线槽13延伸至安装槽12中。通过设置线槽13对线束40进行收容，使线束40不突出于第一保护层10的内侧表面，使第一保护层10的内侧可以更好的与机械臂的外壳贴合安装，同时，通过线槽13对线束40的限位作用，在柔性电子皮肤安装在机械臂上使用时，线束40被限定在线槽13中，防止了线束40随意晃动对线束40与电极30焊接处的焊接稳定性的影响，更好的保证了电极30检测电路板20的电连接稳定性。

参阅图2和图3，在本实施例中，电极30包括多个，检测电路板20包括一个或多个，每一检测电路板20均与多个电极30电连接。通过每一检测电路板20与多个电极30电连接，减少检测电路板20的使用数量，降低成本。可以是，每一检测电路板20都具有多个检测端，每一检测端对应通过线束40电连接一电极30。

本实施例中，以一个检测电路板20电连接两个电极30为例，检测电路板20设置在两个电极30的相邻端，使得检测电路板20距离两个电极30的距离最短，使用的线束40更短，线束40设置更加方便。

参阅图8，图8是本实用新型一实施例中的柔性电子皮肤的结构示意图。

在本实施例中，柔性电子皮肤还包括柔性的第二保护层60，第二保护层60设于第一保护层10的另一侧，电极30夹在第一保护层10与第二保护层60之间。通过将电极30夹设在第一保护层10与第二保护层60之间，保护了电极30不被损坏，同时也可以保护电极30不被氧化；另外，通过设置第二保护层60，增加了柔性电子皮肤的厚度，对机械臂外壳的缓冲保护效果更好。

参阅图9，本实用新型进一步提出一种机械臂200，包括至少一主干210和至少一关节模组220，至少一主干210和/或至少一关节模组220上包覆有柔性电子皮肤230。该柔性电子皮肤230的具体结构参照上述实施例，由于本机械臂200采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

本实用新型进一步还提出一种机器人，包括至少一个机械臂，该机械臂的具体结构参照上述实施例，由于本机器人采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (16)

1.一种柔性电子皮肤，其特征在于，包括：

柔性的第一保护层；

检测电路板，设于所述第一保护层的一侧；

柔性的电极，设于所述第一保护层的另一侧；

线束，穿设于所述第一保护层，一端与所述电极电连接，另一端与所述检测电路板电连接；

至少一个固定组件，所述检测电路板通过所述固定组件固定于所述第一保护层。

2.根据权利要求1所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述线束的另一端与所述检测电路板通过插接端子电连接。

3.根据权利要求2所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述插接端子为i-PEX接头。

4.根据权利要求1所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述线束设有信号屏蔽层。

5.根据权利要求4所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述线束为同轴线。

6.根据权利要求1所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述线束的一端与所述电极通过焊接固定。

7.根据权利要求1所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述固定组件包括螺钉和螺母，所述螺钉穿设于所述检测电路板和所述第一保护层，并与所述螺母螺接。

8.根据权利要求7所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述第一保护层的另一侧开设有与所述螺母适配的沉头孔，所述螺母设于所述沉头孔中。

9.根据权利要求8所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述螺母为法兰螺母，和/或，

所述螺钉为沉头螺钉。

10.根据权利要求1所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述固定组件包括多个，多个所述固定组件分别设于所述检测电路板的边角处。

11.根据权利要求1所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述第一保护层的一侧凹设有安装槽，所述检测电路板设于所述安装槽内。

12.根据权利要求11所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述第一保护层的一侧还凹设有与所述安装槽连通的线槽，所述线槽的底面设有过孔，所述线束穿设于所述过孔，并沿所述线槽延伸至所述安装槽中。

13.根据权利要求1所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述电极包括多个，所述检测电路板包括一个或多个，每一所述检测电路板均与多个所述电极电连接。

14.根据权利要求1至13任一项所述的柔性电子皮肤，其特征在于，所述柔性电子皮肤还包括柔性的第二保护层，所述第二保护层设于所述第一保护层的另一侧，所述电极夹在所述第一保护层与所述第二保护层之间。

15.一种机械臂，包括至少一主干和至少一关节模组，其特征在于，至少一所述主干和/或至少一所述关节模组上包覆有权利要求1至14任一项所述的柔性电子皮肤。

16.一种机器人，其特征在于，包括至少一个权利要求15所述的机械臂。

Images