CZ35754U1 - Zařízení na snímání rozložení tlaků - Google Patents

Zařízení na snímání rozložení tlaků Download PDF

Info

Publication number
CZ35754U1
CZ35754U1 CZ2021-39450U CZ202139450U CZ35754U1 CZ 35754 U1 CZ35754 U1 CZ 35754U1 CZ 202139450 U CZ202139450 U CZ 202139450U CZ 35754 U1 CZ35754 U1 CZ 35754U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
conductive
elastic
layer
circular electrode
foil
Prior art date
Application number
CZ2021-39450U
Other languages
English (en)
Inventor
JaromĂ­r Volf
DrSc. Volf Jaromír prof. Ing.
Viktor Novák
Viktor Ing. Novák
Stanislava Papežová
CSc. Papežová Stanislava doc. Ing.
Petr Koder
Petr Ing. Koder
Tomáš SYROVÝ
Syrový Tomáš doc. Ing., Ph.D.
Original Assignee
Česká zemědělská univerzita 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 Česká zemědělská univerzita v Praze filed Critical Česká zemědělská univerzita v Praze
Publication of CZ35754U1 publication Critical patent/CZ35754U1/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18Measuring 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
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1032Determining colour of tissue for diagnostic purposes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/081Touching devices, e.g. pressure-sensitive
    • B25J13/084Tactile sensors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING 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
    • C09D11/00Inks
    • C09D11/52Electrically conductive inks
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22Apparatus 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
    • G01L5/226Apparatus 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
    • G01L5/228Apparatus 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
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input 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
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B6/00Tactile 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)

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 technického řešení
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 technického řešení, 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.
Zařízení podle technického řešení je charakterizováno tím, že odporový inkoust je nanesen přímo na elektrodách, přičemž shora je zařízení kryto elastickou nevodivou fólií.
Zařízení podle technického řešení, kde taktilní senzory jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice, každý taktilní senzor sestává z vrstvy odporového inkoustu přicházejícího do kontaktu s elektrodami smykovou vrstvou mající v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru, elastickou ochrannou nevodivou krycí horní a spodní vrstvou, kde elastická ochranná nevodivá horní vrstva překrývá smykovou vrstvu, je
- 1 CZ 35754 UI charakterizováno tím, že 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 technického řešení je charakterizováno tím, že je opatřeno otvory skrz elastickou nevodivou nosnou folii, dielektrickou vrstvu a elastickou nevodivou folii v meziprostoru vnitřní kruhové elektrody a vnější kruhové elektrody a též v meziprostoru odporového inkoustu.
Zařízení podle technického řešení je dále charakterizováno tím, že vnitřní kruhová elektroda a vnější kruhová elektroda jsou vytvořeny na elastické nevodivé nosné folii a dielektrické vrstvě.
Zařízení podle technického řešení je také charakterizováno tím, že na elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvuje upevněna tuhá deska.
Zařízení podle technického řešení je dál charakterizováno tím, že na elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvuje upevněn vyztužovací box s příhradovou konstrukcí.
Zařízení podle technického řešení je též charakterizováno tím, že vnitřní kruhová elektroda a vnější kruhová elektroda jsou vytvořeny na elastické nevodivé nosné folii a dielektrické vrstvě, kde elastická nevodivá nosná folie je tuhá.
Zařízení podle technického řešení je ještě charakterizováno tím, že vnitřní kruhová elektroda a vnější kruhová elektroda jsou vytvořeny na elastické nevodivé nosné folii a elastické dielektrické vrstvě.
Zařízení podle technického řešení je dále charakterizováno tím, že tuhá deska nebo vyztužovací box jsou překryty elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou.
Zařízení podle technického řešení 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 technického řešení je také charakterizováno tím, že smyková vrstva je sendvičové konstrukce.
Zařízení podle technického řešení 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 technického řešení 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
-2 CZ 35754 UI 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 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 zmožných 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 kterékoli 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 technického řešení 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 technického řešení umožňuje při překročení sil, vedoucích dříve k deformacím, účinnou ochranu vlastního senzoru snímače. Navíc senzor neobsahuje žádný pohyblivý mechanický element.
Výhodou zařízení podle technického řešení 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 technického řešení 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 technického řešení a na Obr. 2 je schematicky uvedeno v pohledu provedení kruhových elektrod zařízení podle technického řešení pro snímání rozložení tlaků. Na Obr. 3 je schematicky uvedeno v nárysu řezu provedení možného uspořádání celého zařízení podle technického řešení pro snímání rozložení tlaků.
-3 CZ 35754 UI
Zařízení podle technického řešení bylo původci s úspěchem odzkoušeno v praxi v laboratořích přihlašovatele, kterým je Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 - Suchdol, CZ.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
V provedení podle Obr. 1 je vytvořeno vlastní zařízení podle technického řešení 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 technického řešení. 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 technického řešení 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 technického řešení, 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 folií 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 kmytí, dezinfekci apod, a současně musí být izolantem.
-4 CZ 35754 UI
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 folii 1 a nevodivé dielektrické vrstvě 2. Správné působení tlaku je zajištěno smykovou vrstvou 8, která musí mít různé moduly pružnosti v příčném 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 technického řešení 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 j sou vytvořeny na elastické nevodivé nosné folii 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 folii 1 jsou naneseny motivy vnitřních kruhových elektrod 4 senzoru, na nevodivé nosné folii 1 je nanesena dielektrická vrstva 2 s otvory 7 v místech vnitřních 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 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 technického řešení 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 folii 1 a dielektrické vrstvě 2 dle výše popsaného postupu. Může však být použit i j iný odporový materiál. Kruhové elektrody 3 a 4 mohou být z důvodů ochrany před oxidací pokoveny, nejlépe pozlaceny. Nevodivá nosná folie 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 folie 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
- 5 CZ 35754 UI je celá ohebná. Není v ní žádná tuhá vrstva.
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 kneinvazivní 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 fýzioterapii 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 ajejich 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 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 (13)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    1. Zařízení na snímání rozložení tlaku tvořené taktilními senzory, kde taktilní senzory jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice, kde 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 umístěna na elastické nevodivé nosné fólii (1) a vnější kruhová elektroda (4) je nanesena soustředně ve tvaru mezikruží na dielektrické vrstvě (2).
  2. 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. 3. Zařízení podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že taktilní senzory jsou uspořádány ve tvaru pravidelné pravoúhlé matice, kde každý taktilní senzor sestává z vrstvy odporového inkoustu přicházejícího do kontaktu s elektrodami smykovou vrstvou mající v příčném směru modul pružnosti rozdílný od modulu pružnosti v podélném směru, elastickou ochrannou nevodivou krycí horní a spodní vrstvou, kde elastická ochranná nevodivá horní vrstva překrývá smykovou vrstvu, přičemž odporový inkoust (5) je umístěnna 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 umístěna 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. 4. Zařízení podle nároku 1 a 3 vyznačující se tím, že je opatřeno otvory (7) skrz elastickou nevodivou nosnou folii (1), dielektrickou vrstvu (2) a elastickou nevodivou folii (6) v meziprostoru vnitřní kruhové elektrody (3) a vnější kruhové elektrody (4) a též v meziprostoru odporového inkoustu (5).
  5. 5. Zařízení podle nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že vnitřní kruhová elektroda (3) a vnější kruhová elektroda (4) jsou umístěny na elastické nevodivé nosné folii (1) a dielektrické vrstvě (2).
  6. 6. Zařízení podle nároku 1 až 5, vyznačující se tím, že na elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvu (10) je upevněna tuhá deska (11).
  7. 7. Zařízení podle nároku 1 až 6, vyznačující se tím, že na elastickou ochrannou nevodivou krycí spodní vrstvu (10) je upevněn vyztužovací box (13) s příhradovou konstrukcí.
  8. 8. Zařízení podle nároku 1 až 7, vyznačující se tím, že vnitřní kruhová elektroda (3) a vnější kruhová elektroda (4) jsou umístěny na elastické nevodivé nosné folii (1) a dielektrické vrstvě (2), kde elastická nevodivá nosná folie (1) je tuhá.
  9. 9. Zařízení podle nároku 1 až 8, vyznačující se tím, že vnitřní kruhová elektroda (3) a vnější kruhová elektroda (4) jsou umístěny na elastické nevodivé nosné folii (1) a elastické dielektrické vrstvě (2).
  10. 10. Zařízení podle nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že tuhá deska (11) nebo vyztužovací box (13) jsou překryty elastickou ochrannou nevodivou krycí vrstvou (12).
    -7 CZ 35754 UI
  11. 11. Zařízení podle nároků 1 až 10, 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).
    5
  12. 12. Zařízení podle nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že smyková vrstva (8) je sendvičové konstrukce.
  13. 13. Zařízení podle nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že elastická ochranná nevodivá krycí horní vrstva (9) a/nebo elastická ochranná nevodivá krycí spodní vrstva (10) a/nebo elastická ochranná ίο nevodivá tuhá deska (11) a/nebo elastická ochranná nevodivá krycí vrstva (12) jsou antistatické materiály.
CZ2021-39450U 2021-12-08 2021-12-08 Zařízení na snímání rozložení tlaků CZ35754U1 (cs)

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 (1)

Publication Number Publication Date
CZ35754U1 true CZ35754U1 (cs) 2022-01-31

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 Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2021-556A CZ309605B6 (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)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
CZ301717B6 (cs) * 2009-04-06 2010-06-02 Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta strojní Zarízení na snímání taktilní informace
CZ19725U1 (cs) * 2009-04-06 2009-06-15 Ceské vysoké ucení technické v Praze Zařízení na snímání taktilní informace
EP3726191A1 (en) * 2019-04-17 2020-10-21 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2021556A3 (cs) 2023-05-10
EP4194829A1 (en) 2023-06-14
CZ309605B6 (cs) 2023-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Laszczak et al. Development and validation of a 3D-printed interfacial stress sensor for prosthetic applications
Gerlach et al. Printed MWCNT-PDMS-composite pressure sensor system for plantar pressure monitoring in ulcer prevention
Fatema et al. A low-cost pressure sensor matrix for activity monitoring in stroke patients using artificial intelligence
Beebe et al. A silicon-based tactile sensor for finger-mounted applications
US9700258B2 (en) Apparatus for sensing and measuring pressure and shear components of a force at an interface between two surfaces
CN104729769B (zh) 基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器
Gupta et al. Sensing and actuation technologies for smart socket prostheses
EP3695778B1 (en) Skin dressing having sensor for pressure ulcer prevention
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
CN109152546B (zh) 分段的电极
CZ35754U1 (cs) Zařízení na snímání rozložení tlaků
Klimiec et al. Electronic measurement system of foot plantar pressure
CZ2009211A3 (cs) Zarízení na snímání taktilní informace
Compton et al. Towards large-area on-body force sensing using soft, flexible materials: Challenges of textile-based array sensing
CZ19725U1 (cs) Zařízení na snímání taktilní informace
Willemstein et al. A feasibility study on using soft insoles for estimating 3D ground reaction forces with incorporated 3D-printed foam-like sensors
CZ295655B6 (cs) Proporcionální snímač rozložení kontaktního tlaku
Guo An insole device based on piezoelectric sensor to assess plantar pressure during daily human activity
CZ13964U1 (cs) Proporcionálnísnímač rozložení kontaktního tlaku
US20140290390A1 (en) Systems and methods for resistive microcracked pressure sensor
US20240044732A1 (en) Conformable impedance sensor assembly and sensor system
Latsch et al. A Review of Sensor Insoles
Lee et al. Electronic packaging of sensors for lower limb prosthetics
Hopkins Smart sockets for lower limb prostheses

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20220131