触觉感知指尖装置及机器人

摘要

本发明提供一种触觉感知指尖装置及一种机器人。本发明提供的触觉感知指尖装置包括：柔性指尖主体，所述柔性指尖主体内设置有多个压电薄膜传感器，以采集所述柔性指尖主体所受到的压力信息。本发明提供的触觉感知指尖装置，通过在柔性指尖主体内设置多个压电薄膜传感器，当柔性指尖主体与抓取物接触时，压电薄膜传感器能够根据感知到的压力发出电信号，以使上位机能够根据接收到的压力数据判断出触觉感知指尖装置与抓取物接触的具体部位以及抓取力，提高了触觉感知指尖装置的感知灵敏度。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种触觉感知指尖装置及一种机器人。

背景技术

触觉是人类的五感之一，通过将触觉赋予机器，可以使当前的机器拥有灵敏的外界感知能力。在工业应用中，不少机械手上均会设置触觉感知装置，而常规的触觉感知装置仅能在机械手抓取过程中感知到抓取物的存在，却无法具体检测到抓取物位于机械手的哪个部位，以便调整抓取手势，稳固抓取。

发明内容

本发明提供一种触觉感知指尖装置及一种机器人，用以解决现有技术中触觉感知装置感知灵敏度低的缺陷。

本发明提供一种触觉感知指尖装置，包括：柔性指尖主体，所述柔性指尖主体内设置有多个压电薄膜传感器，以采集所述柔性指尖主体所受到的压力信息。

根据本发明提供的一种触觉感知指尖装置，所述柔性指尖主体包括：柔性衬垫，多个所述压电薄膜传感器分别贴附在所述柔性衬垫的第一表面的两端，其中，所述第一表面为所述柔性衬垫与抓取物相接触的表面。

根据本发明提供的一种触觉感知指尖装置，每个所述压电薄膜传感器为U形结构，以卡接在所述第一表面。

根据本发明提供的一种触觉感知指尖装置，所述柔性指尖主体还包括柔性壳体，所述柔性衬垫设置在所述柔性壳体内，且所述柔性壳体的外形与所述柔性衬垫的外形相匹配。

根据本发明提供的一种触觉感知指尖装置，所述柔性壳体的第一表面设置有温度传感器，所述柔性衬垫的第一表面与所述温度传感器相对应的位置，形成有温度传感器连接口，其中，所述柔性壳体的第一表面与所述柔性衬垫的第一表面临近设置。

根据本发明提供的一种触觉感知指尖装置，还包括电路板，设置在所述柔性壳体内，并位于远离所述柔性衬垫的第一表面的一侧，所述温度传感器穿过所述温度传感器连接口与所述电路板电性连接。

根据本发明提供的一种触觉感知指尖装置，所述电路板与多个所述压电薄膜传感器电性连接。

根据本发明提供的一种触觉感知指尖装置，所述柔性壳体包括：柔性前盖，所述柔性前盖上设置有温度传感器，且所述柔性前盖临近所述柔性衬垫的第一表面设置；柔性后盖，设置在所述电路板的一侧，且能够与所述柔性前盖相盖合。

根据本发明提供的一种触觉感知指尖装置，所述柔性前盖的表面形成有多个凸纹。

本发明还提供一种机器人，包括多个如上所述的触觉感知指尖装置，多个所述触觉感知指尖装置分别设置在所述机器人的机械手的指尖。

本发明提供的触觉感知指尖装置，通过在柔性指尖主体内设置多个压电薄膜传感器，当柔性指尖主体与抓取物接触时，压电薄膜传感器能够根据感知到的压力发出电信号，以使上位机能够根据接收到的压力数据判断出触觉感知指尖装置与抓取物接触的具体部位以及抓取力，提高了触觉感知指尖装置的感知灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的触觉感知指尖装置的整体结构示意图；

图2是本发明提供的触觉感知指尖装置的爆炸图；

图3是本发明提供的触觉感知指尖装置的剖面图；

图4是本发明提供的触觉感知指尖装置的电路控制单元的结构示意图；

附图标记：

10：电源模块； 20：微控制器； 30：数模转换模块；

40：温度传感器模块； 101：柔性前盖； 102：柔性后盖；

103：凸纹； 201：压电薄膜传感器； 202：温度传感器；

203：温度传感器连接口； 210：柔性衬垫； 301：电路板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图4描述本发明的触觉感知指尖装置和机器人。

如图2和图3所示，本发明实施例提供的触觉感知指尖装置包括指尖主体，该指尖主体内设置有多个压电薄膜传感器201，以采集柔性指尖主体所受到的压力信息。

具体来说，在本发明的一个实施例中，指尖主体采用柔性材料制作，其在发生较大形变后可以恢复原状。可选地，指尖主体的材质可以为软质硅胶或橡胶材料。

多个压电薄膜传感器201设置在指尖主体的内部，当指尖主体抓取物体时发生形变，压电薄膜传感器201感知到压力，采集指尖主体所受到的压力信息，该压力信息指指尖主体所受到的压力的位置以及压力的大小。压电薄膜传感器201发出模拟信号，模拟信号经过转换后变成数字电信号，该数字电信号经过处理后变成压力数据发送至上位机，上位机根据接收到的压力数据得出抓取物位于触觉感知指尖装置的哪个位置，以及抓取力的大小。

触觉感知指尖装置安装在机械手的指尖位置，犹如人体手指的最外部的关节，为方便理解，可将指尖主体理解成人体手指带有指甲的关节，指尖即指代指尖主体的前端，指尾即指代指尖主体的后端。具体地，多个压电薄膜传感器201可分别安装在指尖主体的多个位置，如指尖主体的指尖部位和指尾部位。当触觉感知指尖装置抓取物体时，假如物体与指尾部位接触，设置在指尾部位的压电薄膜传感器201感知到压力，发出模拟信号，上位机即可判断出此时机械手的手指在与物体接触，物体抓取牢固。假如物体与指尖部位接触，设置在指尖部位的压电薄膜传感器201感知到压力，发出模拟信号，上位机即可判断出此时机械手的指尖在与物体接触，物体抓取不牢固，进而调整抓取动作。同时，上位机也可根据压电薄膜传感器201采集到的压力的大小，判断机械手能否将抓取物抓取。

进一步地，在本发明的一个实施例中，可选地，压电薄膜传感器201的材质为聚偏氟乙烯，其可以随指尖主体的形变而发生形变，并在不与物体接触时，能够恢复原状。

本发明提供的触觉感知指尖装置，通过在柔性指尖主体内设置多个压电薄膜传感器，当柔性指尖主体与抓取物接触时，压电薄膜传感器能够根据感知到的压力发出电信号，以使上位机能够根据接收到的压力数据判断出触觉感知指尖装置与抓取物接触的具体部位以及抓取力，提高了触觉感知指尖装置的感知灵敏度。

如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，柔性指尖主体包括柔性衬垫210，多个压电薄膜传感器201分别贴附在柔性衬垫210的第一表面的两端，其中，该第一表面为柔性衬垫210与抓取物相接触的表面。

具体来说，在柔性衬垫210与抓取物相接触的表面，在其两端可分别设置压电薄膜传感器201，如设置在柔性衬垫210的前端，即指尖的位置；如设置在柔性衬垫210的后端，即指尾的位置。当触觉感知指尖装置抓取物体时，当其指尖位置感知到压力时，发出电信号，上位机获知柔性衬垫210的指尖位置与抓取物接触；同理，当其指尾位置感知到压力时，发出电信号，上位机获知柔性衬垫210的指尾位置与抓取物接触。

进一步地，在本发明的一个实施例中，柔性衬垫210采用柔性材料制作，其在发生较大形变后可以恢复原状。可选地，柔性衬垫210的材质可以为软质硅胶或橡胶材料。

进一步地，在本发明的一个实施例中，多个压电薄膜传感器201采用胶水固定在柔性衬垫210的第一表面的两端。

在本发明的一个实施例中，每个压电薄膜传感器201为U形结构，以卡接在柔性衬垫210的第一表面。具体来说，U形结构的底面可粘贴在柔性衬垫210的第一表面，与底面相连的两个侧面可分别与第一表面两侧的两个表面贴合。相应地，U形结构的底面也可与柔性衬垫210第一表面相邻的表面贴合，U形结构的侧面与柔性衬垫210的第一表面贴合，此时，与第一表面相贴合的侧面应尽量长，以覆盖第一表面。

进一步地，如图2所示，两个U形结构的压电薄膜传感器201分别设置在柔性衬垫210的两侧，两个U形结构的一个侧面均与柔性衬垫210的第一表面贴合，以使柔性衬垫210第一表面的指尾部分能够感知到压力。

相应地，U形结构的压电薄膜传感器201可卡接在柔性衬垫210的指尖的端部，使U形结构的底面与指尖端面接触，U形结构的一个侧面与第一表面接触；同时，也可使U形结构的底面与第一表面接触。

需要说明的是：柔性衬垫210的形状可以为多种，而不局限于图中所示的形状；同理，压电薄膜传感器201的形状也可以为多种，而不局限于本发明实施例所列举U形结构，举例来说，压电薄膜传感器201可为直板形状，直接固定在柔性衬垫210上。

本发明实施例提供的触觉感知指尖装置，通过将压电薄膜传感器设计成U形结构，使其卡接在柔性衬垫的第一表面，使其在发生形变的过程中能够始终与柔性衬垫210连接，而不会发生脱落。

在本发明的一个实施例中，柔性指尖主体还包括壳体，柔性衬垫210设置在壳体内，且该壳体的外形与柔性衬垫210的外形相匹配，以在壳体发生形变时，柔性衬垫210与壳体同步形变。

进一步地，在本发明的一个实施例中，壳体采用柔性材料制作，其在发生较大形变后可以恢复原状。可选地，壳体的材质可以为软质硅胶或橡胶材料。

如图1至图3所示，柔性壳体的第一表面设置有温度传感器202，柔性衬垫210的第一表面与该温度传感器202相对应的位置，形成有温度传感器连接口203，其中，柔性壳体的第一表面与柔性衬垫210的第一表面临近设置。具体来说，柔性壳体的第一表面即为与抓取物相接触的表面。

进一步地，在本发明的一个实施例中，触觉感知指尖装置还包括电路板301，设置在柔性壳体内，并位于远离柔性衬垫210第一表面的一侧，用于与上位机或者主机进行实时通讯，以将压电薄膜传感器201和温度传感器202采集到压力信息和温度信息传输至上位机或者主机。

具体来说，温度传感器202设置在柔性壳体的第一表面，温度传感器202穿过柔性衬垫210上形成的温度传感器连接口203与电路板301电连接，以将触觉感知指尖装置感知到的抓取物的温度信息传输给电路板301。

进一步地，在本发明的一个实施例中，电路板301还与多个压电薄膜传感器201电连接，以采集压电薄膜传感器201感知到的压力信息。

如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，柔性壳体包括：柔性前盖101和柔性后盖102。具体来说，柔性前盖101上设置有温度传感器202，且前盖临近柔性衬垫210的第一表面设置，柔性后盖102设置在电路板301的一侧，且能够与柔性前盖101盖合，以将电路板301、柔性衬垫210封装在柔性壳体内。

进一步地，柔性前盖101和柔性后盖102在发生较大形变后可以恢复原状，可选地，柔性前盖101和柔性后盖102的材质可以为软质硅胶或橡胶材料。

如图1和如2所示，在本发明的一个实施例中，柔性前盖101的表面形成有多个凸纹103，以在触觉感知指尖装置与抓取物接触时增大摩擦力。

如图4所示，电路板301上设置有电路控制单元，电路控制单元包括电源模块10、微控制器20、数模转换模块30和温度传感器模块40。具体来说，电源模块10用于为微控制器20、数模转换模块30以及温度传感器模块40供电。当压电薄膜传感器201感知到压力时，发出模拟信号，数模转换模块30用于将该模拟信号转变成数字电信号，并将该数字电信号发送至微控制器20，微控制器20将该数字电信号处理成压力数据后发送至上位机，上位机根据每个压力数据可判断出触觉感知指尖装置所受到的压力的位置以及抓取力的大小。温度传感器模块40用于采集温度传感器202感知到的抓取物的温度，并将该温度信息传输给微控制器20，微控制器20将该温度信息处理后发送至上位机，上位机根据抓取物的温度判断触觉感知指尖装置此时能否进行抓取，当抓取物的温度超过了触觉感知指尖装置的承受温度时，触觉感知指尖装置暂停抓取，以免将触觉感知指尖装置烧坏。

本发明实施例还提供了一种机器人，包括多个触觉感知指尖装置，多个触觉感知指尖装置分别设置在机器人的机械手的指尖，使机械手犹如人体的手指一样具有灵敏的感知能力。

本发明实施例提供的机器人，通过在机器人的机械手的每个指尖位置设置触觉感知指尖装置，赋予机械手灵敏的感知能力，当其抓取物体时，可判断出物体与机械手接触的位置以及抓取力的大小，同时可感知抓取物的温度，以免抓取物温度过高烧坏触觉感知指尖装置，提高了机械手作业的灵敏度，使机械手的感知更细腻、精准，使其不仅适用于通常的工业生产，也能适用于如激光器芯片抓取、搬运等更精细的生产过程中，同时，也适用于医疗行业，增强了机器人的适用性，使其具有更广泛地应用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。