RU202251U1 - Многоточечный тактильный датчик - Google Patents
Многоточечный тактильный датчик Download PDFInfo
- Publication number
- RU202251U1 RU202251U1 RU2020100120U RU2020100120U RU202251U1 RU 202251 U1 RU202251 U1 RU 202251U1 RU 2020100120 U RU2020100120 U RU 2020100120U RU 2020100120 U RU2020100120 U RU 2020100120U RU 202251 U1 RU202251 U1 RU 202251U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channels
- membrane
- tactile sensor
- sensor according
- tactile
- Prior art date
Links
Images
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
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к способам или устройствам для измерения силы, механического напряжения, в том числе для измерения геометрии поверхности контакта и места контакта с объектом. Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении возможностей по измерению силы, механического напряжения, больших деформаций (более 1%), а также расширение возможностей в области создания тактильных систем (тензометрические стельки, тактильные перчатки, тактильные насадки на рабочие органы манипуляторов, тактильное покрытие протезов).Устройство представляет собой гиперэластичную мембрану (Фиг. 1, 1), в теле которой расположены наполненные токопроводящей жидкостью каналы (Фиг. 1, 2). К концам каналов подведены твердотельные проводники, частично погруженные в токопроводящую жидкость (Фиг. 1, 3). Концы каналов герметично заклеены. Каналы в теле расположены так, что образуют единую проводящую сетку. При растяжении датчика или нажатии (Фиг. 2) на описанный датчик происходит деформация каналов (сужение/расширение/изменение геометрии сечения), что приводит к увеличению и/или уменьшению электрического сопротивления каналов. Измерение изменения сопротивления на каждом канале позволяет определить место или места приложения усилия, в том числе величину прикладываемого усилия.
Description
Область техники
Полезная модель относится к способам или устройствам для измерения силы, механического напряжения, в том числе для измерения геометрии поверхности контакта и места контакта с объектом.
Предлагаемое устройство может быть использовано для проведения анализа напряженно-деформированного состояния стопы человека при ходьбе (например, форма стопы, диаграмма нагрузки на стопу), в качестве тактильного покрытия с функцией обратной связи для рабочих узлов манипуляторов, в качестве тактильной перчатки на руку для различных систем мониторинга и управления. Также полезная модель может быть использована для проведения прикладных и научных исследований в области анализа напряженно-деформированного состояния различных объектов, (например, бетонных конструкций), в частности анализа состояния высоко-деформируемых объектов (например, эластомерные узлы в деталях высоконагруженных механизмов).
Описание уровня техники
Из уровня техники известно устройство для определения давления рук водителя на рулевое колесо транспортного средства (RU190175U1, опубл. 24.06.2019). Устройство представляет собой перчатку со встроенными датчиками давления, отличающуюся тем, что датчики давления состоят из эластичных водостойких капсул, заполненных токопроводящей жидкостью, причем на противоположных сторонах капсулы размещены гибкие электроды, к которым прикреплены электрические проводники.
Данное устройство обладает следующими недостатками: капсулы с жидким проводником требуют подвода твердотельных проводников, которые установлены со стороны приложения усилия, что может приводить к их быстрому износу и опасности обрыва при эксплуатации. Также для точного определения места контакта и величины усилия требуется большое количество капсул, что неизбежно приведет к большому количеству подводимых к капсулам проводников со стороны приложения давления, что может сказаться как на показаниях датчиков, так и на надежности самого устройства. Для работы датчиков требуется переменный электрический ток высокого напряжения, что делает устройство опасным при эксплуатации.
Также известно устройство, предназначенное для определения кривизны изгиба (US2013312541, опубл. 28.11.2013). Устройство представляет собой гиперэластичную мембрану с каналами, заполненными эвтектическим сплавом индий-галлия. По изменению электрического сопротивления индий-галлия определяется кривизна изгиба.
Данное устройство позволяет определять только кривизну изгиба и не может быть использовано для измерения усилия при контакте, а также определения места контакта объекта с устройством (в том числе геометрии контактирующей поверхности объекта).
Известна широко используемая на данный момент технология многоточечного сенсорного экрана, US 2006097991, опубликовано 05.11.2006, патент выдан компании Apple. Данная технология позволяет определять несколько касаний к прозрачной емкостной среде.
Данное устройство обладает рядом недостатков: устройство не гибкое и не выдерживает деформации более 1%.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является решение, описанное в патенте US 20180243924 «Тактильные датчики и методы изготовления тактильных датчиков», опубл. 08.09.2018. Датчик представляет собой эластичную мембрану, в теле которой проходит одиночный канал, наполненный токопроводящей жидкостью. К концам канала подводятся электроды, электрически соединенные с токопроводящей жидкостью. Датчик способен растягиваться более чем на 50% по меньшей мере в двух осевых направлениях от состояния покоя к состоянию растяжения. Измерение деформаций происходит за счет изменения сопротивления токопроводящей жидкости в канале вследствие сужения канала или областей канала. Также, одним из возможных вариантов устройства является мембрана, в которой проходят две группы каналов в двух параллельных плоскостях. В каждой группе каналы параллельны друг другу. Каналы из одной группы проходят над каналами другой группы под прямым углом.
Описанное устройство обладает следующими недостатками: использование одного канала на всю мембрану не позволяет определить место приложения усилия, или места приложения нескольких одновременных усилий; использование массива из двух групп параллельных каналов, проходящих в двух параллельных плоскостях под прямым углом, позволяет определить место контакта, форму поверхности контактирующего объекта, но приводит к вынужденному утолщению мембраны, что очень критично при использовании мембраны в качестве тактильной поверхности.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении арсенала технических средств в областях измерения силы, механического напряжения, а также измерения геометрии поверхности контакта и места контакта с объектом.
Технический результат, достигаемый при реализации представленной полезной модели, заключается в расширении возможностей по измерению силы, механического напряжения, больших деформаций (более 1%), а также расширение возможностей в области создания тактильных систем (тензометрические стельки, тактильные перчатки, тактильные насадки на рабочие органы манипуляторов, тактильное покрытие протезов), что достигается за счет того, что:
датчик выполнен из гиперэластичного материала;
толщина датчика ограничена только диаметром канала;
рабочими элементами датчика являются каналы, наполненные токопроводящей жидкостью, которая при деформации материала матрицы сохраняет проводимость, не образует разрывов и меняет электрическое сопротивление;
возможно применение плотного массива каналов с проводящей жидкостью, позволяющих с большой точностью определять место приложения усилия;
отсутствуют твердотельные проводники в области проведения измерения;
возможно изготовление датчика с заранее заданными свойствами для большого диапазона измерения усилий.
Сущность полезной модели объясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображен вариант исполнения устройства. На Фиг 2. Приведен пример работы устройства.
Описание устройства:
Устройство представляет собой гиперэластичную мембрану (Фиг. 1, 1), в теле которой расположены наполненные токопроводящей жидкостью каналы (Фиг. 1, 2). К концам каналов подведены твердотельные проводники, частично погруженные в токопроводящую жидкость (Фиг. 1, 3). Концы каналов герметично заклеены. Каналы в теле расположены так, что образуют единую проводящую сетку. В качестве проводящей жидкости может быть использован любой сплав или металл (гель, полимер, проводящий пластилин, гранулированные среды), который при температуре эксплуатации датчика имеет жидкую фазу. Например, сплав индий и галлия, который при комнатной температуре ведет себя как жидкость.
При растяжении датчика или нажатии (Фиг. 2) на описанный датчик происходит деформация каналов (сужение/расширение/изменение геометрии сечения), что приводит к увеличению и/или уменьшению электрического сопротивления каналов. Так как каналы образуют сетчатую структуру, то измерение изменения сопротивления на каждом канале позволяет определить место или места приложения усилия, в том числе величину прикладываемого усилия.
Claims (9)
1. Тактильный датчик, характеризующийся тем, что он включает в себя гиперэластичную мембрану, массив каналов, проходящих в теле мембраны и образующих единую сетчатую структуру, токопроводящую жидкость, заполняющую каналы, твердотельные проводники, подведенные к каналам.
2. Тактильный датчик по п.1, отличающийся тем, что состоит из эластичной мембраны и двух групп прямых каналов, каналы расположены так, что образуют единую проводящую сетку, в каждой группе каналы находятся в одной плоскости, параллельны друг другу и располагаются с равным шагом так, что каналы первой группы в проекции на поверхность мембраны образуют с каналами второй группы ненулевые углы.
3. Тактильный датчик по п.1, отличающийся тем, что эластичная мембрана выполнена в виде стельки или подошвы для обуви, или отдельных элементов стельки или подошвы обуви.
4. Тактильный датчик по п.1, отличающийся тем, что состоит из массива эластичных мембран, соединенных друг с другом механически.
5. Тактильный датчик по п.1, отличающийся тем, что мембрана имеет полости.
6. Тактильный датчик по п.1, отличающийся тем, что жидкий проводящий материал включает в себя один или несколько эвтектических сплавов, проводящих полимеров, проводящих гелей или паст, ионных растворов и проводящих нитей.
7. Тактильный датчик по п.1, отличающийся тем, что мембрана обладает анизотропией в направлении, перпендикулярном поверхности мембраны.
8. Тактильный датчик по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит один из, или несколько следующих элементов: узел измерения сигнала, узел усиления сигнала, аналого-цифровой преобразователь, узел обработки сигнала, элемент питания, элемент включения/выключения.
9. Тактильный датчик по п.1, отличающийся тем, что мембрана имеет крепления, выполненные в виде клейких слоев, расположенных на поверхности мембраны.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020100120U RU202251U1 (ru) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | Многоточечный тактильный датчик |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020100120U RU202251U1 (ru) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | Многоточечный тактильный датчик |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU202251U1 true RU202251U1 (ru) | 2021-02-09 |
Family
ID=74551053
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020100120U RU202251U1 (ru) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | Многоточечный тактильный датчик |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU202251U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8101904B2 (en) * | 2006-11-02 | 2012-01-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Compliant tactile sensor for generating a signal related to an applied force |
WO2017044617A1 (en) * | 2015-09-08 | 2017-03-16 | The Regents Of The University Of California | Tactile sensors and methods of fabricating tactile sensors |
RU190175U1 (ru) * | 2018-11-12 | 2019-06-24 | Алексей Валерьевич Косцов | Перчатка с датчиками давления |
-
2020
- 2020-01-08 RU RU2020100120U patent/RU202251U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8101904B2 (en) * | 2006-11-02 | 2012-01-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Compliant tactile sensor for generating a signal related to an applied force |
WO2017044617A1 (en) * | 2015-09-08 | 2017-03-16 | The Regents Of The University Of California | Tactile sensors and methods of fabricating tactile sensors |
US20180243924A1 (en) * | 2015-09-08 | 2018-08-30 | The Regents Of The University Of California | Tactile sensors and methods of fabricating tactile sensors |
RU190175U1 (ru) * | 2018-11-12 | 2019-06-24 | Алексей Валерьевич Косцов | Перчатка с датчиками давления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lu et al. | Iontronic pressure sensor with high sensitivity and linear response over a wide pressure range based on soft micropillared electrodes | |
Yeo et al. | Wearable tactile sensor based on flexible microfluidics | |
KR102081892B1 (ko) | 압저항(piezo-resistive) 전극을 구비한 저항성 압력 센서 | |
Kramer et al. | Soft curvature sensors for joint angle proprioception | |
Bae et al. | Large-area, crosstalk-free, flexible tactile sensor matrix pixelated by mesh layers | |
US9797791B2 (en) | Multi-axis force sensing soft artificial skin | |
CN110763378B (zh) | 一种可穿戴式柔性触觉力传感器 | |
WO2016197429A1 (zh) | 电阻应变片及电阻应变式传感器 | |
CN209841248U (zh) | 一种柔性阵列压力传感器 | |
CN105738012A (zh) | 一种人工皮肤柔性触觉传感器测量装置 | |
WO2012103073A2 (en) | Non-differential elastomer curvature sensor | |
CN102539035A (zh) | 一种点阵型柔性压力分布传感器及其制备方法 | |
KR20140125903A (ko) | 탄성 촉각센서 및 그 제조방법 | |
CN110411623B (zh) | 高灵敏柔性压阻传感器、及其制备方法和应用 | |
KR101691910B1 (ko) | 스트레인 센서 및 그 제조 방법 | |
US11784587B2 (en) | Electronic sensing apparatus and a method of producing the electronic sensing apparatus | |
Wang et al. | Highly sensitive and flexible three-dimensional force tactile sensor based on inverted pyramidal structure | |
Zou et al. | Highly sensitive ionic pressure sensor with broad sensing range based on interlaced ridge-like microstructure | |
RU202251U1 (ru) | Многоточечный тактильный датчик | |
Stassi et al. | Wearable and flexible pedobarographic insole for continuous pressure monitoring | |
Li et al. | Flexible pressure sensors tuned by interface structure design–Numerical and experimental study | |
CN113203355A (zh) | 一种柔性应变传感器及其制作方法 | |
Dang et al. | Stretchable pH sensing patch in a hybrid package | |
SASAGAWA et al. | Development of contact-pressure and shear-stress sensing system for application to a haptic display | |
Fan et al. | Recent Progress in Mechanically Robust and Conductive‐Hydrogel‐Based Sensors |