[实用新型]一种多方向性电容式滑觉传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，更具体地说，是一种用于智能机器人仿生皮肤的多方向性电容式滑觉传感器。

背景技术

机器人触觉传感技术是实现智能机器人的关键技术之一，触觉传感器是机器人与环境直接作用的必须媒介，是模仿人手使之具有触觉、滑觉、热觉等感知功能。目前，国内外对触觉的研究主要集中在力触觉方面，不断创新触觉力检测模型、优化力触觉算法在柔性、纹理复现装置上的应用，使得这些装置能够较好地再现虚拟场景物体的柔性、纹理力触觉特性，而对滑觉信息感知的研究仍较少。滑觉检测是机器人实现软抓取的关键环节，滑觉信息的可靠感知是机器人在复杂多元环境下完成预定抓取功能的可靠保障。常用的滑觉传感器按其检测机理不同主要包括：压阻式、光纤式、压电式、磁敏式和电容式滑觉传感器等。

美国阿克伦大学的VataniMorteza等人基于多壁碳纳米管/聚合物复合材料设计了一种滑触觉传感器，压阻式滑触觉传感器存在体积大、不易集成且压敏电阻漏电流不稳定等缺点。西安金和光学科技有限公司杜兵提了一种光纤式滑觉传感装置，具有结构简单、设计合理及抗电磁干扰能力强等优点，然而光纤式滑觉传感器在两向力以上共同作用时，很难保持线性关系，且存在标定困难、精度难以提高等优点。日本ShouheiShirafuji等人将PVDF压电薄膜嵌入到弹性仿生皮肤中实现滑觉信息感知，通过调节作用力大小实现软抓取功能。燕山大学的陈卫东等人提出了一种基于PVDF膜和光电原理的触滑觉传感器，可得到触觉、滑觉响应曲线，并确定了判定滑动信号的阈值。压电式滑触觉传感器的应用最为广泛，能同时检测滑觉信息与触觉信息，然而滑觉信息与触觉信息的分离存在一定难度，且电压式滑触觉传感器同时存在压电响应与热电响应。YuriyP.Kondratenko等人介绍了一种磁敏式检测滑觉距离与振幅的结构模型，然而，磁敏式触觉传感器各触觉传感点一致性差，磁场分布不均，分辨率不易提高。

电容式滑觉传感器因具有动态范围广，良好的线性响应，动态响应快、结构简单等显著优点而得到广泛应用。智能机器人在抓取未知属性物体时，必须根据滑触觉传感器检测信号实时调节施加夹持力的大小，既要保证不会因夹持力不足导致物体滑动又要保护物体不被损坏，即实现软抓取功能。

为此，一种检测滑觉信息且配合触觉传感器实现闭环控制系统的滑觉传感器的研究显得尤为重要。

实用新型内容

本新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种多方向性电容式滑觉传感器，旨在解决智能机器人软抓取过程中滑觉信息的感知问题，提高灵敏度。

本新型采用如下技术方案：

多方向性电容式滑觉传感器，包括一方形柔性基体，在其上表面四个角分别设置一上下表面贯通的方柱体，所述方柱体朝内的两相邻表面设有柔性感应极板；在柔性基体中心处设有一圆柱形触干，且触干壁上附四个各成直角、内部设有柔性公共极板的矩形体；在方柱体上面设有柔性上基板，柔性上基板与柔性基体平行、等尺寸且中心处留有上下贯通圆，在触干上表面设置一防滑橡胶触头。

本新型的有益效果是：

1、本新型电容式滑觉传感器具有结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且高灵敏度。

2、本新型电容式滑觉传感器整体上具有柔性，与传统滑觉传感器相比，本新型电容式滑觉传感器为四个独立的差分式电容式滑觉传感器，提高了其检测灵敏度。

3、本新型电容式滑觉传感器其检测方向不在局限于单一方向，根据八个平行板电容传感器输出电容值变化的特点可以判断滑觉发生的方向。

4、本新型电容式滑觉传感器极板引线可引至柔性基体面，易于构成电容式滑觉传感器阵列，实现大面积、高分辨率滑觉感知功能。

5、本新型电容式触觉传感器通过调节圆柱形触干半径、柔性公共极板距柔性基体的距离、柔性公共极板与两侧柔性感应极板的距离等参数可以改变该电容式滑觉传感器的灵敏度，进一步扩展了其应用范围。

附图说明

图1是本新型电容式滑觉传感器的整体立体图；

图2是本新型电容式滑觉传感器的拆分立体图；

图3是本新型电容式滑觉传感器的圆柱形触干与四个各成直角排列的矩形体；

图4是本新型电容式滑觉传感器的不加柔性上基板时俯视图；

图5是是本新型电容式滑觉传感器初始时电容等效示意图；

图6是本新型电容式滑觉传感器在X轴方向滑动时电容变化示意图；

图7是本新型电容式滑觉传感器在Y轴方向滑动时电容变化示意图；