CZ19725U1 - Zařízení na snímání taktilní informace - Google Patents

Zařízení na snímání taktilní informace Download PDF

Info

Publication number
CZ19725U1
CZ19725U1 CZ200921075U CZ200921075U CZ19725U1 CZ 19725 U1 CZ19725 U1 CZ 19725U1 CZ 200921075 U CZ200921075 U CZ 200921075U CZ 200921075 U CZ200921075 U CZ 200921075U CZ 19725 U1 CZ19725 U1 CZ 19725U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
conductive
layer
elastic protective
electrode
protective non
Prior art date
Application number
CZ200921075U
Other languages
English (en)
Inventor
Volf@Jaromír
Novák@Martin
Trinkl@Aleš
Vlcek@Josef
Original Assignee
Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceské vysoké ucení technické v Praze filed Critical Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority to CZ200921075U priority Critical patent/CZ19725U1/cs
Publication of CZ19725U1 publication Critical patent/CZ19725U1/cs

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

Oblast techniky
Předkládané řešení se týká zařízení pro snímání taktilní informace a jeho varianty v elastickém provedení.
Dosavadní stav techniky
S rozvojem robotiky, automatizace a neinvazivní diagnostiky v medicíně je stále více třeba získávat informace o interakci robotu s okolním prostředím a informace o probíhajících technologických operacích. Snímaní kontaktních tlaků patří k důležitým charakteristikám vzájemného působení mezi systémy nebo jejich částmi. Např. rozložení tlaku na pneumatice v kontaktu s vozovkou, transportních pásů, jejich rovnoměrné napnutí. Velmi důležité je zjišťování rozložení tlaků v biomechanice mezi živým organismem a okolním prostředím, kdy patologické rozložení tlaků může způsobit velmi vážné zdravotní potíže. Rovněž rozložení tlaků může sloužit k neinvazivní diagnostice různých chorob, či poruch kosterně svalového systému člověka.
Současné systémy nejčastěji používají taktilní senzory, které využívají piezorezistivní materiály nebo piezorezistivní fólie. Obvykle dosahují nižší hustoty jednotlivých senzorů a jejich konstrukce neumožňuje vysoké dlouhodobé a rázové přetížení. Dále jsou používané systémy využívající vodivé eleastomery. Jedním z příkladů je například řešení podle patentu CZ 295655. Jedná se o proporcionální snímač rozložení kontaktního tlaku, sestávající z taktilních čidel. Taktilní čidla jsou uspořádána ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice. Každé taktilní čidlo sestává z jádra tvořeného fólií vodivého elastomeru, opatřeného z jedné strany první páskovou elektrodou a z druhé strany druhou páskovou elektrodou orientovanou kolmo na první páskovou elektrodu. Na první páskové elektrodě je uložena smyková vrstva, která má v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru. Takto vytvořená sestava taktilního Čidla je překryta jednak shora, ze strany smykové vrstvy, ochrannou nevodivou homí krycí vrstvou a jednak zespodu, ze strany druhé páskové elektrody, ochrannou nevodivou spodní krycí vrstvou. Tyto typy dosahují vyšší hustoty senzorů, odolávají dlouhodobému a rázovému přetížení, nevýhodou je ale složitá vícevrstvá konstrukce senzoru se dvěma deskami elektrod na každé straně vodivého elastomeru.
Podstata technického řešení
Výše uvedenou nevýhodu, konstrukci senzoru s dvěma vrstvami elektrod, odstraňuje zařízení pro snímání taktilní informace sestávající z taktilních senzorů, podle předkládaného řešení. Senzor může být proveden jako pevný nebo jako elastický. Každý taktilní senzor sestává z jádra, tvořeného fólií vodivého elastomeru, opatřeného z jedné strany elastickou deskou s motivem soustředných elektrod tvaru mezikruží. Na vrstvě vodivého elastomeru je uložena smyková vrstva, která má v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru. Takto vytvořená sestava taktilního senzoru je překryta jednak shora, ze strany smykové vrstvy, homí elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou a jednak zespodu, ze strany desky elektrod, spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou. Ve výhodném provedení je motiv elektrod vytvořen přímo na spodním nevodivém elastickém nosiči.
V dalším provedení může být mezi spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou a sestavou taktilního senzoru umístěna elastická mezivrstva, což má tu výhodu, že senzor je lépe chráněn proti rázovému přetížení.
V provedení senzoru, který není elastický, se každý taktilní senzor sestává z jádra, tvořeného fólií vodivého elastomeru, opatřeného z jedné strany pevnou deskou s motivem elektrod. Na vrstvě vodivého elastomeru je uložena smyková vrstva, která má v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru. Takto vytvořená sestava taktilního senzoru je překryta jednak shora, ze strany smykové vrstvy, homí elastickou ochrannou nevodivou
-1 C7. 19725 Ul krycí vrstvou a jednak zespodu, ze strany desky elektrod, spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou. Ve výhodném provedení je motiv elektrod vytvořen přímo na spodním nevodivém pevném nosiči. Ze strany pevné desky elektrod je taktilní senzor opatřen první elastickou nevodivou vrstvou, na které je upevněna tuhá deska nebo vyztužovací box.
V jednom z možných provedení jsou tuhá deska, respektive vyztužovací box s prihradovou konstrukcí, překryty elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou, což má tu výhodu, že senzor je lépe chráněn proti rázovému přetížení.
Ve výhodném provedení kterékoli z uvedených variant je smyková vrstva sendvičové konstrukce. Rovněž tak je pro oba případy vhodné, jsou-1 i homí elastická ochranná nevodivá krycí vrstva
1» a/nebo spodní elastická ochranná nevodivá krycí vrstva a/nebo mezi spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou a sestavou taktilního senzoru umístěná elastická ochranná nevodivá krycí vrstva antistatické vrstvy. To umožní zvýšit odolnost proti dlouhodobému a rázovému přetížení a zvýšit ochranu proti rušení.
Výhodou uvedeného senzoru je, že se zjednodušuje konstrukce senzoru oproti stávajícím senzo15 rům s dvěma vrstvami elektrod, dále je odolný proti přetížení a rázovým silám, které vznikají při dynamickém provozu. Umožňuje dosáhnout oproti stávajícím senzorům jednodušší konstrukce, větší hustoty senzorů a až 25-ti násobného rázového přetížení. Dá se očekávat, že by vyhověl provozu i v náročných prostředích. Senzor podle uvedeného řešení poskytuje nejen informaci o tom, že objekt okolního prostředí je v kontaktu se senzorem, ale i informací o místě dotyku, tlaku a jeho rozložení na ploše senzoru. Konstrukce senzoru umožňuje při překročení sil, vedoucích dříve k deformacím, účinnou ochranu vodivého elastomeru. Navíc senzor neobsahuje žádný pohyblivý mechanický element.
Přehled obrázků na výkresech
Nové řešení a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popisu příkladu jeho provedení podle prilože25 ných výkresů, kde obr. 1 znázorňuje schematicky v nárysu řezu celkové řešení elastického zařízení pro snímání taktilní informace podle předkládaného řešení a na obr. 2 je schematicky uvedeno, v pohledu, provedení kruhových elektrod zařízení pro snímání taktilní informace. Na obr. 3 je schematicky uvedeno, v nárysu řezu, provedení zařízení pro snímání taktilní informace.
Příklad provedení technického řešení
V prvním provedení je vytvořeno zařízení na snímání taktilní informace tvořené sendvičovou konstrukcí podle obr. 1. Jádrem zařízení je fólie vodivého elastomeru 3, který mění svůj odpor s působícím tlakem a tvoří tak převodník tlak - elektrický signál. Tloušťka elastomeru 3 není kritická, ve skutečnosti je několik desetin mm, v uvedeném příkladu se jedná o vodivou silikonovou fólii. Elastomer 3 je umístěn mezi na jedné straně vytvořenou první elektrodou 4-1 a druhou elektrodou 4-2, které jsou uspořádány ve tvaru mezikruží a které jsou vytvořeny na nevodivém nosiči 3, který je zde elastický, například polymemí, a na druhé straně smykovou vrstvou 2. Takovýto nevodivý nosič 5 je například tvořen teflonovou fólií, na níž je měděná vrstva, která se klasickou technologií plošných spojů odleptá tak, že vzniknou kruhová mezikruží, tvořící první elektrodu 4-1 a druhou elektrodu 4-2. V daném příkladě jsou tedy první a druhé elektroda 4-1 a
4-2 tvořeny měděnou fólií, avšak lze použít i jiný vodivý materiál. Rovněž tak lze vytvořit první a druhou elektrodu 4-1 a 4-2 přímým nalepením nebo přiložením na elastomer 3 bez použití nevodivého nosiče 5. Zde tedy elastický, nevodivý nosič 5 může být tvořen například materiálem, označovaným Cuflex Či Cuprexit. První elektroda 4-1 a druhá elektroda 4-2 mohou být z důvodů ochrany před oxidací pokoveny, nejlépe pozlaceny. Důležitou vrstvou senzoru je smyková vrstva
2, která musí mít jiný modul pružnosti v příčném a podélném směru a umožňuje tak správný přenos rozložení tlaku mezi objektem a senzorem. Tato smyková vrstva 2, která může být například sendvičové konstrukce, odstraňuje okrajový efekt a umožňuje rovnoměrné rozložení tlaku.
-2CZ 19725 Ul
Ochrana senzoru před poškozením je zabezpečena z homí a spodní strany sendvičové konstrukce, a to homí elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou 1, kterou tvoří například PVC fólie nebo pryžová fólie, umístěná na smykové vrstvě 2 a, spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou 6, s výhodou antistatickou, stejných vlastností jako má homí elastická ochranná nevodivá krycí vrstva I, umístěnou na nevodivém nosiči 5 ze strany odvrácené od první a druhé elektrody 4-1 a 4-2. Konstrukci lze provést také tak, že mezi spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou 6 a první a druhou elektrodou 4-1 a 4-2 respektive nevodivým nosičem 5 může být vložena samostatná mezivrstva, s výhodou antistatická což není na výkrese znázorněno. Homí elastická ochranná nevodivá krycí vrstva £ a spodní elastická ochranná nevodívá krycí io vrstva 6 musí odolávat vodě a rozpouštědlům, používaným k mytí, dezinfekci apod. a současně musí být izolantem.
Takto vytvořený senzor slouží k měření rozložení tlaku na zatížené ploše. Objekt působí přes homí elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvu i a smykovou vrstvu 2 na vlastní senzor, tvořený vodivým elastomerem 3 a na jeho spodní straně umístěných elektrod 4-1 a 4-2 umístě15 ných na nevodivém nosiči 5. Správné působení tlaku je zajištěno smykovou vrstvou 2, která musí mít různé moduly pružnosti v příčném a podélném směru. Vodivý elastomer 3 je tak působícím tlakem deformován a mění svůj odpor v závislosti na velikosti působícího tlaku. Změny tohoto odporu jsou pak snímány kruhovými elektrodami 4-1 a 4-2. Ochrana vlastního senzoru proti trvalému a rázovému přetížení je zajištěna spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou 6.
Tento elastický senzor má výhodu v tom, že může sledovat vliv nerovností podložky vůči působícímu tlaku zatěžovacího objektu, například rozložení tlaku mezi sedákem židle, vozíku a podobně, a sedací částí těla sedící osoby.
Obdobným způsobem lze vytvořit zařízení pro snímání taktilní informace, které není elastické. Jedná se v podstatě o analogické uspořádám, kdy je zařízení pro snímání taktilní informace tvo25 řeno sendvičovou konstrukcí podle obr. 3. Jádrem zařízení pro snímání taktilní informace je opět fólie vodivého elastomeru 3, který mění svůj odpor s působícím tlakem a tvoří tak převodník tlak - elektrický signál. Elastomer 3 je umístěn mezi na jedné straně uspořádanými elektrodami, a to první elektrodou 4-1 a druhou elektrodou 4-2 ve tvaru mezikruží, které jsou vytvořeny na nevodivém nosiči 5 a na druhé straně smykovou vrstvou 2. Nevodivý nosič 5 může být polymemí a je například tvořen teflonovou fólií na níž je měděná vrstva, která se klasickou technologií plošných spojů odleptá tak, že vzniknou kruhová mezikruží, tvořící první a druhou elektrodu 4-1 a 4-2. které jsou v daném příkladě tvořeny měděnou fólií, avšak lze použít i jiný vodivý materiál. Rovněž tak lze vytvořit první a druhou elektrodu 4-1 a 4-2 přímým nalepením nebo přiložením na elastomer 3 bez použití nevodivého nosiče 5. Nevodivý nosič 5 může být tvořen například materiálem, označovaným Cuflex či Cuprexit. Elektrody 4-1 a 4-2 mohou být z důvodů ochrany před oxidací pokoveny, nejlépe pozlaceny. Nevodivý nosič 5 může být elastický neboje pevný, i když v tomto případě mají prakticky smysl jenom elektrody pevné, neboť elastické jsou dražší a nemá smysl je používat když celá sestava je pak stejně tuhá. Ochrana senzoru před poškozením je zabezpečena homí elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou £. Vliv nerovnosti podložky na senzor je vyloučen tím, že na spodní straně senzoru, tedy ze strany nevodivého nosiče 5, respektive první elektrody 4-1 a druhé elektrody 4-2, je umístěna tuhá, například duralová, deska 7, která je v uvedeném příkladě obložena shora homí elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou ó a zdola další elastickou, s výhodou antistatickou, ochrannou nevodivou krycí vrstvou 8. Tato další elastická ochranná nevodivá krycí vrstva 8 není podmínkou a senzor jí nemusí být vybaven.
Tuhá deska 7 může být nahrazena boxem s příhradovou konstrukcí nebo jinou vyztužovací konstrukcí. Uvnitř boxu může být umístěna elektronika senzoru. Důležitou vrstvou senzoru je smyková vrstva 2, která musí mít jiný modul pružnosti v příčném a podélném směru a umožňuje tak správný přenos rozložení tlaku mezi objektem a senzorem. Tato smyková vrstva 2 může být např. sendvičové konstrukce.
Takto vytvořený senzor slouží rovněž k měření rozložení tlaku na zatížené ploše. Funkce senzoru je tatáž jako u výše popsaného elastického typu s tím, že působení nerovnosti podložky, na níž je celý senzor rozložení kontaktního tlaku umístěn, je kompenzováno tuhou deskou 7. Ochrana
-3C7 19725 Ul vlastního senzoru proti trvalému a rázovému přetížení je zajištěna spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou 6 a elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou 8, které jsou s výhodou antistatické.
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro snímání taktilní informace je využitelné v oblasti lékařské ortopedie a biomechaniky pro studium rozložení tlaku na ploskách chodidel a jeho dynamických změn během kroku. Stanovení rozložení tlaků na ploskách chodidel a jejich časový průběh jsou cenné informace, přispívající k neinvazivní diagnostice poruch motoriky, ortopedických vad a mnohých onemocnění, k zabránění patologickým tlakům na lidském těle, a tím vzniku proleženin, např. inteligentní polo stel. Ve stabilometrii lze uvedené senzory použít při měření stability, ve fyzioterapii pro rehabilitaci, pro vývoj rehabilitačních pomůcek a protéz a dále při biologické zpětné vazbě, tzv. bioťeedback. V pružném provedení je senzor vhodný pro měření tlaků v protézách a jejich optimálnímu přizpůsobení pahýlu končetiny, k návrhu sedaček pro paraplegiky a k preventivní zpětné vazbě. Rovněž tak je využitelný pro návrhy anatomických tvarů sedaček a opěradel, zvláště v automobilovém a leteckém průmyslu. Praktické využití nalezne také ve sportovním lékařství a metodologii, v robotíce pro stabilitu a vyvažování robotů, pro určení pevného místa uchopení, určení síly apod. a v dalších průmyslových aplikacích, kde je potřebné znát rozložení tlaků, např. pneumatika - vozovka.

Claims (10)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    20 1- Zařízení na snímání taktilní informace tvořené taktilními senzory kde taktilní senzory jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice, kde každý taktilní senzor sestává z jádra tvořeného fólií vodivého elastomeru opatřeného elektrodami, smykovou vrstvou mající v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru, homí a spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou, kde homí elastická ochranná nevodivá krycí vrstva pře25 krývá smykovou vrstvu, vyznačující se tím, že toto jádro je opatřené elektrodami pouze z jedné strany, a to na jedné straně vodivého eleastomeru (3) soustředně umístěnou první elektrodou (4-1) a druhou elektrodou (4-2) ve tvaru mezikruží a smyková vrstva (2) překrytá homí elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou (1) je uložená na druhé straně vodivého elastomeru (3), přičemž spodní elastická ochranná nevodivá krycí vrstva (6) překrývá takto vy30 tvořenou sestavu taktilního senzoru ze strany první a druhé elektrody (4-1) a (4-2).
  2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se t í m , že první a druhá elektroda (4-1) a (4-2) jsou vytvořeny na nevodivém nosiči (5).
  3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvu (6) je upevněna tuhá deska (7).
    35
  4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že na spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvu (6) je upevněn vyztužovací box s příhradovou konstrukcí.
  5. 5. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že první elektroda (4-1) a druhá elektroda (4-2) jsou vytvořeny na nevodivém nosiči (5), kde nosič (5) je tuhý.
  6. 6. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že první elektroda (4-1) a
    40 druhá elektroda (4-2) jsou vytvořeny na nevodivém nosiči (5), kde nosič (5) je elastický.
    -4 CZ 19725 Ul
  7. 7. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že tuhá deska (7) nebo vyztužovací box jsou překryty elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou (8).
  8. 8. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačující se tím. že mezi spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou (6) a sestavou první a druhé elektrody (4-1) a
    5 (4-2) je vložena elastická mezivrstva.
  9. 9. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že smyková vrstva (2) je sendvičové konstrukce.
  10. 10. Zařízení podle kteréhokoli z nároků laž9, vyznačující se tím, že homí elastická ochranná nevodivá krycí vrstva (1) a/nebo spodní elastická ochranná nevodivá krycí vrstva io (6) a/nebo elastická ochranná nevodivá krycí vrstva (8) jsou antistatické vrstvy.
CZ200921075U 2009-04-06 2009-04-06 Zařízení na snímání taktilní informace CZ19725U1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ200921075U CZ19725U1 (cs) 2009-04-06 2009-04-06 Zařízení na snímání taktilní informace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ200921075U CZ19725U1 (cs) 2009-04-06 2009-04-06 Zařízení na snímání taktilní informace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ19725U1 true CZ19725U1 (cs) 2009-06-15

Family

ID=40786733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ200921075U CZ19725U1 (cs) 2009-04-06 2009-04-06 Zařízení na snímání taktilní informace

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ19725U1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309605B6 (cs) * 2021-12-08 2023-05-10 Česká zemědělská univerzita v Praze Zařízení na snímání rozložení tlaků

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309605B6 (cs) * 2021-12-08 2023-05-10 Česká zemědělská univerzita v Praze Zařízení na snímání rozložení tlaků
EP4194829A1 (en) * 2021-12-08 2023-06-14 Ceská zemedelská univerzita v Praze Pressure distribution scanning device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10451493B2 (en) System comprising a cellular network of capacitive pressure and shear-stress sensors and manufacturing process
Laszczak et al. Development and validation of a 3D-printed interfacial stress sensor for prosthetic applications
US20190041277A1 (en) Force sensing device
US4503705A (en) Flexible force sensor
CN102308270B (zh) 电容式接近触觉传感器
US11378477B2 (en) Apparatus for measuring surface profile of normal and shear stress
EP4053528A1 (en) Sensor arrangement for detecting a force between a foot and a supporting surface
US10335056B2 (en) Sensor for electrically measuring a force having a spring unit arranged in-between surfaces
Kim et al. An air-filled pad with elastomeric pillar array designed for a force-sensing insole
WO2018186348A1 (ja) 筋収縮検出センサ
CZ19725U1 (cs) Zařízení na snímání taktilní informace
Compton et al. Towards large-area on-body force sensing using soft, flexible materials: Challenges of textile-based array sensing
CZ301717B6 (cs) Zarízení na snímání taktilní informace
Corbellini et al. Low-cost wearable measurement system for continuous real-time pedobarography
CZ2021556A3 (cs) Zařízení na snímání rozložení tlaků
CZ295655B6 (cs) Proporcionální snímač rozložení kontaktního tlaku
EP3882613A1 (en) Stimuli-responsive sensor system, digital logic element, robotic system and method for detecting an external stimulus
CZ13964U1 (cs) Proporcionálnísnímač rozložení kontaktního tlaku
JP3931104B2 (ja) 三軸荷重計測センサ
KR20170081482A (ko) 압력 감지 의자
Lee et al. Electronic packaging of sensors for lower limb prosthetics
EP2414799B1 (en) Electronic circuit for the evaluation of information from variable electric resistance sensors
Mizushima et al. Flexible and capacitive tactile sensor sheet
Dao et al. Design of a small-scale tactile sensor with three sensing points for using in robotic fingertips
JPH0663881B2 (ja) 圧覚センサ

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20090615

MK1K Utility model expired

Effective date: 20130406