CZ309605B6 - Zařízení na snímání rozložení tlaků - Google Patents
Zařízení na snímání rozložení tlaků Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309605B6 CZ309605B6 CZ2021-556A CZ2021556A CZ309605B6 CZ 309605 B6 CZ309605 B6 CZ 309605B6 CZ 2021556 A CZ2021556 A CZ 2021556A CZ 309605 B6 CZ309605 B6 CZ 309605B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- conductive
- layer
- elastic
- electrodes
- elastic protective
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/1032—Determining colour of tissue for diagnostic purposes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
- B25J13/081—Touching devices, e.g. pressure-sensitive
- B25J13/084—Tactile sensors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D11/00—Inks
- C09D11/52—Electrically conductive inks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
- G01L5/226—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping
- G01L5/228—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to manipulators, e.g. the force due to gripping using tactile array force sensors
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
- G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B6/00—Tactile signalling systems, e.g. personal calling systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Zařízení na snímání rozložení tlaků je charakterizováno tím, že je tvořeno taktilními senzory, které jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice. Každý taktilní senzor se sestává z elastické nevodivé nosné fólie, na níž je nanesen odporový inkoust jen v místech, kde dochází ke kontaktu s kruhovými elektrodami (3) a (4). Na dielektrickou vrstvu jsou natištěny motivy vnějších kruhových elektrod (4) ve tvaru soustředných mezikruží. Takto vytvořená struktura kruhových elektrod (3) a (4) ve tvaru soustředných mezikruží pak přichází do kontaktu s odporovým inkoustem, který je nanesen jen v místě kruhových elektrod (3) a (4). Celá konstrukce je pak prořezána kruhovými otvory (7) v meziprostoru motivů kruhových elektrod (3) a (4).
Description
Zařízení na snímání rozložení tlaků
Oblast techniky
Řešení se týká zařízení pro snímání taktilní (hmatové) informace, konkrétně rozložení tlaků, a jeho varianty v elastickém provedení, obecně nazývaný plantograf.
Dosavadní stav techniky
S rozvojem robotiky, automatizace a neinvazivní diagnostiky nejen v medicíně je stále více třeba též 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 i zvířat.
Současné systémy nejčastěji používají taktilní senzory, které využívají piezorezistivní materiály, piezorezistivní fólie nebo kapacitní senzory. Obvykle dosahují nižší hustoty jednotlivých senzorů a jejich konstrukce neumožňuje vysoké dlouhodobé a rázové přetížení. Dále jsou používané systémy využívající vodivé elastomery. 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 horní 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 vynálezu
Výše uvedenou nevýhodu, konstrukci senzoru s dvěma vrstvami elektrod, odstraňuje zařízení na snímání rozložení tlaků tvořené taktilními senzory, kde taktilní senzory jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice, každý taktilní senzor sestává z vrstvy odporového inkoustu přicházejícího do kontaktu s elektrodami, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že odporový inkoust je na elastické nevodivé fólii v kontaktu s vnitřní kruhovou elektrodou a vnější kruhovou elektrodou, z nichž vnitřní kruhová elektroda je nanesena na elastické nevodivé nosné fólii a vnější kruhová elektroda je nanesena soustředně ve tvaru mezikruží na dielektrické vrstvě, přičemž v meziprostoru kruhových elektrod jsou umístěny otvory.
Zařízení podle vynálezu je charakterizováno tím, že odporový inkoust je nanesen přímo na elektrodách, přičemž shora je zařízení kryto elastickou nevodivou fólií.
Zařízení podle vynálezu je také charakterizováno tím, že aktilní senzory jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice, každý taktilní senzor sestává z vrstvy odporového inkoustu přicházejícího do kontaktu s elektrodami, smykové vrstvy mající v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru, elastické ochranné nevodivé krycí horní a spodní
- 1 CZ 309605 B6 vrstvy, kde elastická ochranná nevodivá horní vrstva překrývá smykovou vrstvu, přičemž odporový inkoust je nanesen na nevodivé elastické fólii nebo přímo na elektrodách a je v kontaktu s vnitřní kruhovou elektrodou a vnější kruhovou elektrodou, z nichž vnitřní kruhová elektroda je nanesena na elastické nevodivé fólii a vnější kruhová elektroda je soustředně ve tvaru mezikruží na dielektrické vrstvě, smyková vrstva překrytá elastickou ochrannou nevodivou krycí horní vrstvou je uložená na druhé straně elastické nevodivé fólie nebo na odporovém inkoustu, přičemž elastická ochranná nevodivá krycí spodní vrstva překrývá takto vytvořenou sestavu taktilního senzoru ze spodní strany elastické nevodivé nosné fólie.
Zařízení podle vynálezu je charakterizováno tím, že je opatřeno otvory skrz elastickou nevodivou nosnou fólii, dielektrickou vrstvu a elastickou nevodivou fólii v meziprostoru vnitřní kruhové elektrody a vnější kruhové elektrody a též v meziprostoru odporového inkoustu.
Zařízení podle vynálezu je také charakterizováno tím, že na elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvu je upevněna tuhá deska.
Zařízení podle vynálezu je dál charakterizováno tím, že na elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvu je upevněn vyztužovací box s příhradovou konstrukcí.
Zařízení podle vynálezu je též charakterizováno tím, že elastickou nevodivou nosnou fólií je tuhá fólie.
Zařízení podle vynálezu je ještě charakterizováno tím, že dielektrická vrstva je elastická.
Zařízení podle vynálezu je dále charakterizováno tím, že tuhá deska nebo vyztužovací box jsou překryty elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou.
Zařízení podle vynálezu je dál charakterizováno tím, že mezi elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvou a tuhou deskou je vložena antistatická vrstva nebo antistatickou vrstvou je přímo tuhá deska.
Zařízení podle vynálezu je také charakterizováno tím, že smyková vrstva je sendvičové konstrukce.
Zařízení podle vynálezu je též charakterizováno tím, že elastická ochranná nevodivá krycí horní vrstva a/nebo elastická ochranná nevodivá krycí spodní vrstva a/nebo elastická ochranná nevodivá tuhá deska a/nebo elastická ochranná nevodivá krycí vrstva jsou antistatické materiály.
Hlavní částí zařízení pro snímání taktilní informace podle vynálezu jsou taktilní senzory. Senzor může být proveden jako pevný nebo jako elastický.
Každý taktilní senzor sestává z vrstvy vodivého inkoustu, opatřeného z vrchní strany elastickou deskou, která kryje vrstvu vodivého inkoustu, která přichází do kontaktu se soustavou kruhových elektrod. Ty jsou tvořeny několikavrstvou strukturou. Na spodní elastické vrstvě jsou naneseny motivy vnitřních elektrod senzoru, na ní je nanesena dielektrická vrstva s otvory v místech vnitřních elektrod. Na tuto dielektrickou vrstvu jsou natištěny motivy vnějších kruhových elektrod ve tvaru mezikruží. Takto vytvořená struktura kruhových elektrod ve tvaru mezikruží pak přichází do kontaktu s odporovým inkoustem, který je nanesen jen v místě elektrod. Celá konstrukce je pak prořezána otvory, zejména kruhovými, v meziprostoru motivů kruhových elektrod pro zvýšení elasticity celého snímače. Na vrstvě s odporovým inkoustem může být uložena smyková vrstva, která má v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru. Takto vytvořená sestava taktilního senzoru může být překryta jednak shora, ze strany smykové vrstvy horní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou a jednak zespodu, ze strany fólie elektrod, spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou.
V dalším provedení může být mezi spodní elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou a
- 2 CZ 309605 B6 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 ze základní konstrukce snímače, opatřeného z jedné strany pevnou deskou s natištěnými vrstvami motivu elektrod. Na horní vrstvě konstrukce snímače s odporovým inkoustem může být 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, elastickou ochrannou nevodivou krycí horní vrstvou a jednak zespodu, ze strany desky elektrod, elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvou. Ze strany pevné desky elektrod je taktilní senzor opatřen první elastickou nevodivou vrstvou, na které je upevněna tuhá deska nebo vyztužovací box. Tento box je umístěn pod sestavou snímače a je v něm umístěna elektronika snímače.
V jednom z možných provedení jsou tuhá deska, respektive vyztužovací box s příhradovou konstrukcí, překryty elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou, což má tu výhodu, že senzor je lépe chráněn proti rázovému přetížení.
Ve výhodném provedení kterékoliv z uvedených variant je smyková vrstva sendvičové konstrukce. Rovněž tak je pro oba případy vhodné, jsou-li elastická ochranná nevodivá krycí horní vrstva a/nebo elastická ochranná nevodivá krycí spodní vrstva a/nebo mezi elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní 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 senzorům 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 25násobného rázového přetížení. Dá se očekávat, že by vyhověl provozu i v náročných prostředích. Zařízení podle vynálezu poskytuje nejen informaci o tom, že objekt okolního prostředí je v kontaktu se senzorem, ale i informaci o místě dotyku, tlaku a jeho rozložení na ploše snímače. Konstrukce zařízení podle vynálezu umožňuje při překročení sil, vedoucích dříve k deformacím, účinnou ochranu vlastního senzoru snímače. Navíc senzor neobsahuje žádný pohyblivý mechanický element.
Výhodou zařízení podle vynálezu je to, že umožňuje měření rozložení tlaků ve velkém rozsahu a s velkou hustotou senzorů, přičemž jednotlivé senzory snímače jsou chráněny proti přetížení a působící tlak je převeden na elektrický signál prostřednictvím odporového inkoustu, naneseného na kruhových elektrodách.
Objasnění výkresů
Zařízení podle vynálezu je objasněno obrázky na přiložených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje schematicky v nárysu řezu vlastní řešení elastického snímače pro snímání rozložení tlaků v zařízení podle vynálezu a na obr. 2 je schematicky uvedeno v pohledu provedení kruhových elektrod zařízení podle vynálezu pro snímání rozložení tlaků. Na obr. 3 je schematicky uvedeno v nárysu řezu provedení možného uspořádání celého zařízení podle vynálezu pro snímání rozložení tlaků.
Zařízení podle vynálezu bylo původci s úspěchem odzkoušeno v praxi v laboratořích přihlašovatele.
- 3 CZ 309605 B6
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
V provedení podle obr. 1 je vytvořeno vlastní zařízení podle vynálezu na snímání rozložení tlaků tvořené sendvičovou konstrukcí. Vrchní vrstvu tvoří elastická nevodivá fólie 6 s naneseným odporovým inkoustem 5 v místě, kde dochází ke styku odporového inkoustu s kruhovými elektrodami 3 a 4. Elektrody 3 a 4 mohou mít i jiný tvar, např. hranaté nebo oválné či spirálové, ale kruhový tvar se nejlépe osvědčil. Odporový inkoust 5 může být nanesen přímo na kruhové elektrody 3 a 4. Odporový inkoust 5 mění svůj odpor s působícím tlakem a tvoří tak převodník tlak - elektrický signál. Tloušťka odporového inkoustu 5 není kritická, ve skutečnosti je jednotky až desítky pm, může dosáhnout i větší tloušťky. Na jeho tloušťce závisí rozsah odporu senzoru a částečně i citlivost. V uvedeném příkladu se jedná o odporový inkoust 5 různých výrobců, např. Loctite - Henkel. Odporový inkoust 5 je umístěn na elastické nevodivé fólii 6 proti motivu kruhových elektrod 3 a 4. Rovněž může být nanesen přímo na kruhové elektrody 3 a 4, které jsou vytvořeny následujícím způsobem: Na spodní elastické nevodivé vrstvě 1 jsou naneseny motivy vnitřních kruhových elektrod 3 senzoru, na elastické nevodivé nosné folii 1 je nanesena dielektrická vrstva 2 s otvory 7 v místech vnějších kruhových elektrod 4. Na tuto dielektrickou vrstvu 2 jsou natištěny motivy vnějších kruhových elektrod 4 ve tvaru mezikruží. Takto vytvořená struktura kruhových elektrod 3 a 4 ve tvaru mezikruží pak přichází do kontaktu s odporovým inkoustem 5, který je nanesen jen v místě obou kruhových elektrod 3 a 4. Celá konstrukce je pak prořezána kruhovými otvory 7 v meziprostoru motivů kruhových elektrod 3 a 4, viz obr. 2, pro zvýšení elasticity celého zařízení podle vynálezu. Motivy kruhových elektrod 3 a 4 jsou natištěny stříbrným inkoustem přímo na elastickou nevodivou nosnou fólii 1 a dielektrickou vrstvu 2 dle výše popsaného postupu. Může však být použit i jiný odporový materiál. Kruhové elektrody 3 a 4 mohou být z důvodů ochrany před oxidací pokoveny, nejlépe pozlaceny.
Popis zařízení podle vynálezu na obr. 1 popisuje základní konstrukci snímače, ve které může být použit k měření rozložení tlaků. V tomto případě však nemá žádné ochrany proti přetížení nebo poškození.
Pokud bychom chtěli zlepšit vlastnosti zařízení podle vynálezu, např. přenos tlaků na vlastní snímač, pak důležitou vrstvou senzoru je smyková vrstva 8, 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 8, která může být například sendvičové konstrukce, odstraňuje okrajový efekt a umožňuje rovnoměrné rozložení tlaku.
Ochrana senzoru před poškozením je zabezpečena z horní a spodní strany sendvičové konstrukce, a to elastickou ochrannou nevodivou krycí horní vrstvou 9, kterou tvoří například PVC fólie nebo pryžová fólie, umístěná na smykové vrstvě 8, a elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvou 10, s výhodou antistatickou, stejných vlastností jako má elastická ochranná nevodivá krycí horní vrstva 9, umístěnou pod základní elastickou nevodivou nosnou folií 1. Konstrukci lze provést také tak, že mezi elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvou 10 a základní elastickou nevodivou nosnou fólií 1 může být vložena samostatná mezivrstva, s výhodou antistatická, což není na obr. 2 znázorněno. Elastická ochranná nevodivá krycí horní vrstva 9 a elastická ochranná nevodivá krycí spodní vrstva 10 musí odolávat vodě a rozpouštědlům, používaným k mytí, dezinfekci apod. a současně musí být izolantem.
Takto vytvořený snímač slouží k měření rozložení tlaku na zatížené ploše. Objekt působí přes elastickou ochrannou nevodivou krycí horní vrstvu 9 a smykovou vrstvu 8 na vlastní senzor, tvořený odporovým inkoustem 5 a na jeho spodní straně umístěných kruhových elektrod 3 a 4, které jsou umístěny na elastické nevodivé nosné fólii 1 a nevodivé dielektrické vrstvě 2. Správné působení tlaku je zajištěno smykovou vrstvou 8, která musí mít různé moduly pružnosti v příčném
- 4 CZ 309605 B6 a podélném směru. Odporový inkoust 5 je tak působícím tlakem deformován a mění svůj odpor v závislosti na velikosti působícího tlaku. Změny tohoto odporu jsou pak snímány kruhovými elektrodami 3 a 4. Ochrana vlastního senzoru proti trvalému a rázovému přetížení je zajištěna elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvou 10.
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 uspořádání, kdy je zařízení pro snímání taktilní informace podle vynálezu tvořeno sendvičovou konstrukcí podle obr. 3. Jádrem tohoto zařízení pro snímání taktilní informace je opět vrstva odporového inkoustu 5, který mění svůj odpor s působícím tlakem a tvoří tak převodník tlak - elektrický signál. Odporový inkoust 5 je umístěn na jedné straně elastické nevodivé fólie 6 a přichází do kontaktu s kruhovými elektrodami 3 a 4 ve tvaru mezikruží, které jsou vytvořeny na elastické nevodivé nosné fólii 1 a nevodivé dielektrické vrstvě 2 a na druhé straně smykovou vrstvou 8. Kruhové elektrody 3 a 4 jsou vytvořeny následujícím způsobem. Na spodní elastické nevodivé nosné fólii 1 jsou naneseny motivy vnitřních kruhových elektrod 3 senzoru, na nevodivé nosné fólii 1 je nanesena dielektrická vrstva 2 s otvory 7 v místech vnitřních kruhových elektrod 3. Na tuto dielektrickou vrstvu 2 jsou natištěny motivy vnějších kruhových elektrod 4 ve tvaru mezikruží. Takto vytvořená struktura kruhových elektrod 3 a 4 ve tvaru mezikruží pak přichází do kontaktu s odporovým inkoustem 5, který je nanesen na elastické nevodivé fólii 6 jen v místě kruhových elektrod 3 a 4. Celá konstrukce je pak prořezána kruhovými otvory 7 v meziprostoru motivů kruhových elektrod 3 a 4, viz obr. 2, pro zvýšení elasticity celého snímače. Pro neelastické provedení zařízení podle vynálezu tento prořez nemusí být proveden. Tím je umožněna větší hustota senzorů, tj. menší průměry kruhových elektrod 3 a 4. Motivy kruhových elektrod 3 a 4 jsou natištěny stříbrným odporovým inkoustem přímo na spodní elastické nevodivé nosné fólii 1 a dielektrické vrstvě 2 dle výše popsaného postupu. Může však být použit i jiný odporový materiál. Kruhové elektrody 3 a 4 mohou být z důvodů ochrany před oxidací pokoveny, nejlépe pozlaceny. Nevodivá nosná fólie 1 může být elastická nebo je pevná, i když v tomto případě mají prakticky smysl jenom elektrody tuhé, neboť elastické jsou dražší a nemá smysl je používat, když celá sestava je pak stejně tuhá. Ochrana senzoru před poškozením je zabezpečena elastickou ochrannou nevodivou krycí horní vrstvou 9. Vliv nerovnosti podložky na senzor je vyloučen tím, že na spodní straně senzoru, tedy ze strany elastické nevodivé nosné fólie 1, je umístěna tuhá, například duralová, deska 11, která je v uvedeném příkladě obložena shora elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou horní 10 a zdola další elastickou, s výhodou antistatickou, ochrannou nevodivou krycí vrstvou 12. Tato další elastická ochranná nevodivá krycí vrstva 12 není podmínkou a senzor jí nemusí být vybaven. Tuhá deska 11 může být nahrazena vyztužovacím boxem 13 s příhradovou konstrukcí nebo jinou vyztužovací konstrukcí. Vyztužovací box 13 bývá umístěn pod sestavou snímače a uvnitř vyztužovacího boxu 13 může být umístěna elektronika snímače. Důležitou vrstvou snímače je smyková vrstva 8, 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 8 může být např. sendvičové konstrukce.
Takto vytvořený snímač slouží rovněž k měření rozložení tlaku na zatížené ploše. Funkce snímače 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 11. Ochrana vlastního senzoru proti trvalému a rázovému přetížení je zajištěna elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvou 10 a elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou 12, které jsou s výhodou antistatické. Elastický snímač představuje konstrukci, která je tvořena elastickými vrstvami, takže je celá ohebná. Není v ní žádná tuhá vrstva.
- 5 CZ 309605 B6
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro snímání taktilní informace je využitelné v oblasti lékařské ortopedie a biomechaniky 5 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 postel. Ve stabilometrii lze uvedené senzory použít při měření stability, ve fyzioterapii 10 pro rehabilitaci, pro vývoj rehabilitačních pomůcek a protéz a dále při biologické zpětné vazbě, tzv. biofeedback. V pružném provedení je zařízení vhodné 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 využité nalezne také ve sportovním lékařství a 15 metodologii, v robotice 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 (12)
1. Zařízení na snímání rozložení tlaku tvořené taktilními senzory, kde taktilní senzory jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice, každý taktilní senzor sestává z vrstvy odporového inkoustu přicházejícího do kontaktu s elektrodami, vyznačující se tím, že odporový inkoust (5) na elastické nevodivé fólii (6) je v kontaktu s vnitřní kruhovou elektrodou (3) a vnější kruhovou elektrodou (4), z nichž vnitřní kruhová elektroda (3) je nanesena na elastické nevodivé nosné fólii (1) a vnější kruhová elektroda (4) je nanesena soustředně ve tvaru mezikruží na dielektrické vrstvě (2), přičemž v meziprostoru kruhových elektrod (3) a (4) jsou umístěny otvory (7).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že odporový inkoust (5) je nanesen přímo na elektrodách (3) a (4), přičemž shora je zařízení kryto elastickou nevodivou fólií (6).
3. Zařízení podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že taktilní senzory jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice, každý taktilní senzor sestává z vrstvy odporového inkoustu (5) přicházejícího do kontaktu s elektrodami, smykové vrstvy (8) mající v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru, elastické ochranné nevodivé krycí horní vrstvy (9) a spodní vrstvy (10), kde elastická ochranná nevodivá horní vrstva překrývá smykovou vrstvu (8), přičemž odporový inkoust (5) je nanesen na nevodivé elastické fólii (6) nebo přímo na elektrodách a je v kontaktu s vnitřní kruhovou elektrodou (3) a vnější kruhovou elektrodou (4), z nichž vnitřní kruhová elektroda (3) je nanesena na elastické nevodivé fólii (1) a vnější kruhová elektroda (4) je soustředně ve tvaru mezikruží na dielektrické vrstvě (2), smyková vrstva (8) překrytá elastickou ochrannou nevodivou krycí horní vrstvou (9) je uložená na druhé straně elastické nevodivé fólie (6) nebo na odporovém inkoustu (5), přičemž elastická ochranná nevodivá krycí spodní vrstva (10) překrývá takto vytvořenou sestavu taktilního senzoru ze spodní strany elastické nevodivé nosné fólie (1).
4. Zařízení podle nároku 1 a 3, vyznačující se tím, že je opatřeno otvory (7) skrz elastickou nevodivou nosnou fólii (1), dielektrickou vrstvu (2) a elastickou nevodivou fólii (6) v meziprostoru vnitřní kruhové elektrody (3) a vnější kruhové elektrody (4) a též v meziprostoru odporového inkoustu (5).
5. Zařízení podle nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že na elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvu (10) je upevněna tuhá deska (11).
6. Zařízení podle nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že na elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvu (10) je upevněn vyztužovací box (13) s příhradovou konstrukcí.
7. Zařízení podle nároku 1 až 6, vyznačující se tím, že elastickou nevodivou nosnou folií (1) je tuhá fólie.
8. Zařízení podle nároku 1 až 7, vyznačující se tím, že dielektrická vrstva (2) je elastická.
9. Zařízení podle nároků 6 až 8, vyznačující se tím, že tuhá deska (11) nebo vyztužovací box (13) jsou překryty elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou (12).
10. Zařízení podle nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že mezi elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvou (10) a tuhou deskou (11) je vložena antistatická vrstva nebo antistatickou vrstvou je přímo tuhá deska (11).
11. Zařízení podle nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že smyková vrstva (8) je sendvičové konstrukce.
12. Zařízení podle nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že elastická ochranná nevodivá krycí horní vrstva (9) a/nebo elastická ochranná nevodivá krycí spodní vrstva (10) a/nebo elastická ochranná
- 7 CZ 309605 B6 nevodivá tuhá deska (11) a/nebo elastická ochranná nevodivá krycí vrstva (12) jsou tvořeny antistatickými materiály.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-39450U CZ35754U1 (cs) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | Zařízení na snímání rozložení tlaků |
| CZ2021-556A CZ309605B6 (cs) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | Zařízení na snímání rozložení tlaků |
| EP22466002.7A EP4194829A1 (en) | 2021-12-08 | 2022-11-28 | Pressure distribution scanning device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-556A CZ309605B6 (cs) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | Zařízení na snímání rozložení tlaků |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2021556A3 CZ2021556A3 (cs) | 2023-05-10 |
| CZ309605B6 true CZ309605B6 (cs) | 2023-05-10 |
Family
ID=80115833
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2021-556A CZ309605B6 (cs) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | Zařízení na snímání rozložení tlaků |
| CZ2021-39450U CZ35754U1 (cs) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | Zařízení na snímání rozložení tlaků |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2021-39450U CZ35754U1 (cs) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | Zařízení na snímání rozložení tlaků |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4194829A1 (cs) |
| CZ (2) | CZ309605B6 (cs) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ19725U1 (cs) * | 2009-04-06 | 2009-06-15 | Ceské vysoké ucení technické v Praze | Zařízení na snímání taktilní informace |
| CZ2009211A3 (cs) * | 2009-04-06 | 2010-06-02 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní | Zarízení na snímání taktilní informace |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ295655B6 (cs) | 2003-12-01 | 2005-09-14 | České Vysoké Učení Technické V Praze Fakulta Stroj | Proporcionální snímač rozložení kontaktního tlaku |
| EP3726191A1 (en) * | 2019-04-17 | 2020-10-21 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO | Pressure sensor |
-
2021
- 2021-12-08 CZ CZ2021-556A patent/CZ309605B6/cs unknown
- 2021-12-08 CZ CZ2021-39450U patent/CZ35754U1/cs active IP Right Grant
-
2022
- 2022-11-28 EP EP22466002.7A patent/EP4194829A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ19725U1 (cs) * | 2009-04-06 | 2009-06-15 | Ceské vysoké ucení technické v Praze | Zařízení na snímání taktilní informace |
| CZ2009211A3 (cs) * | 2009-04-06 | 2010-06-02 | Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní | Zarízení na snímání taktilní informace |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| J. Volf et al. Effect of circle electrodes with conductive ink on properties of tactile sensors. In: 2015 International Conference on Applied Electronics (AE), 8.9.2015 - 9.9.2015, Plzeň, str. 271-274, kapitola II.A * |
| J. Volf et al. Effect of conductive ink on transfer characteristics of pressure into electric signal for tactile sensors. Agronomy Research 14(S1). Estonian University of Life Sciences, Latvia University of Life Sciences and Technologies, Vytautas Magnus University Agriculture Academy, Lithuanian Research Centre for Agriculture and Forestry, 2016, Vol. 14, No. S1, p. 1123-1129, ISSN 1406-894X, str.1124 druhý odstavec * |
| J. Volf et al. Effect of conductive ink properties of tactile sensors. Procedia Engineering. Elsevier, 2015, Vol. 120, p. 200-205, ISSN 1877-7058, str.201 kap. 2.1. * |
| J. Volf et al. Properties of tactile transducers with respect to kind of resistive ink and dimension of electrodes. Measurement: Sensors. Elsevier, 27.9.2021, 2021, Vol. 18, No. 100311, p. 1-4, ISSN 2665-9174, str. 2 obr. 1-3, str. 2 kap. 4 * |
| R. Neděla et al. New generation of plantograf tactile sensor. Applied Electronics. IEEE, 2009, p. 187-190, ISSN 1805-9597, Obr. 10 a 11 a související text * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2021556A3 (cs) | 2023-05-10 |
| CZ35754U1 (cs) | 2022-01-31 |
| EP4194829A1 (en) | 2023-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Beebe et al. | A silicon-based tactile sensor for finger-mounted applications | |
| Laszczak et al. | Development and validation of a 3D-printed interfacial stress sensor for prosthetic applications | |
| Fatema et al. | A low-cost pressure sensor matrix for activity monitoring in stroke patients using artificial intelligence | |
| Choi et al. | A soft three-axis force sensor based on radially symmetric pneumatic chambers | |
| EP4003159B1 (en) | Heart monitoring system and method | |
| US11378477B2 (en) | Apparatus for measuring surface profile of normal and shear stress | |
| Kim et al. | An air-filled pad with elastomeric pillar array designed for a force-sensing insole | |
| EP3695778B1 (en) | Skin dressing having sensor for pressure ulcer prevention | |
| CN117043561A (zh) | 用于检测脚与支撑表面之间的力的传感器构造 | |
| CZ309605B6 (cs) | Zařízení na snímání rozložení tlaků | |
| US20240044732A1 (en) | Conformable impedance sensor assembly and sensor system | |
| Harris | Design and fabrication of a piezoresistive fabric sensor for ergonomic analyses | |
| CZ2009211A3 (cs) | Zarízení na snímání taktilní informace | |
| CZ19725U1 (cs) | Zařízení na snímání taktilní informace | |
| Wahab et al. | Design of MEMS biomedical pressure sensor for gait analysis | |
| Compton et al. | Towards large-area on-body force sensing using soft, flexible materials: Challenges of textile-based array sensing | |
| CZ295655B6 (cs) | Proporcionální snímač rozložení kontaktního tlaku | |
| CZ13964U1 (cs) | Proporcionálnísnímač rozložení kontaktního tlaku | |
| EP1481638A1 (en) | Bioinformation detection device utilizing air pressure variation | |
| Lee et al. | Electronic packaging of sensors for lower limb prosthetics | |
| Latsch et al. | A Review of Sensor Insoles | |
| Fischer et al. | Flexible facile tactile sensor for smart vessel phantoms | |
| EP2414799B1 (en) | Electronic circuit for the evaluation of information from variable electric resistance sensors | |
| Ji et al. | Wearable magnetic flexonic sensor nodes for simultaneous normal force and displacement measurements | |
| Bartunek | An Assessment of Multilayer Velostat Force Sensors |