[发明专利]一种人工皮肤柔性触觉传感器测量装置

说明书

一种人工皮肤柔性触觉传感器测量装置，属于触觉传感器技术领域，由彼此间相互绝缘的仿生表皮组织层、仿生真皮组织层、仿生皮下组织层和人工皮肤依附基座组成；仿生皮下组织层均匀涂布在人工皮肤依附基座的外表面；仿生真皮组织层均匀涂布在仿生皮下组织层的外表面；仿生真皮组织层中设有三根液体芯PVDF压电聚合物纤维，仿生表皮组织层均匀涂布在仿生真皮组织层的外表面；本发明安装到机器人的手臂上，有了触觉之后的机器人就可以利用它来获知目标物体的多种性质特征，这样就可以帮助机器人通过识别物体得以完成更为复杂的任务。同时，在体育运动、康复医疗和人体生物力学等研究领域中也具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于触觉传感器技术领域，涉及一种仿人皮肤柔性触觉传感器，具体的说是涉及一种人工皮肤柔性触觉传感器测量装置。

背景技术

随着人类探索活动的不断扩大以及机器人技术的进步，机器人的研究正在朝着特种、自主、精密和智能化的方向发展，而实现智能的基础是要具有感知能力。因此具有感知功能的人工智能敏感皮肤对于未来的机器人研究而言是非常重要的。有了触觉之后机器人就可以利用它来获知目标物体的多种性质特征，这样就可以帮助机器人通过识别物体以完成更为复杂的任务。有关各种可用于机器人方面的触觉传感器的研究是人们一直非常关注问题。随着智能机器人技术的进步，其应用的领域也不断扩展。当机器人与人类并肩工作时，要求其必须具备类人的触觉感知能力，即能够精确地获取空间的三维力信息，同时，为了确保人机交互接触时的安全性，要求用于机器人感知的触觉传感器能够具有类似于人类皮肤的柔软性，能够适应不同载体的表面形状，完成对任意复杂物体的信息检测任务，因此对于人工皮肤柔性触觉传感器在机器人研究领域的需要日益迫切。此外，人工皮肤柔性触觉传感器在体育运动、康复医疗和人体生物力学等研究领域中也具有广泛的应用前景。

国外关于触觉传感器的研究开展的较早，美国、英国和日本等发达国家非常重视有关机器人敏感皮肤的研究工作。最早开始敏感皮肤研究的美国MS公司采用气体和非接触式超声波传感器、温度传感器以及薄膜电容接近传感器组成一种敏感皮肤，这种敏感皮肤可以根据所需的实际需要的形状进行裁剪，粘贴在智能机器人或者自动化仪器上，为宿主系统提供外界的温度信息以及距离信息，在实际应用中由于传感器受到温度、环境湿度以及超声固有的宽波束角等影响，敏感皮肤的测量值和实际值之间还是会存在着很多的误差。

印度的研究者利用压电陶瓷(PZT)材料的压电效应制作了一种压电式触觉传感器，在压电陶瓷的上下表面均布置了相互独立的电极阵列。电极阵列的规模会对传感器的性能产生重要影响，研究者比较了3×3、7×7和15×15阵列传感器的测力性能，实验结果表明，3×3阵列的空间分辨率相对较低，15×15阵列的分辨率最高。在实际应用中，由于压电陶瓷比较坚硬，易碎，没有柔软度，所以不能用来制作人工皮肤。

韩国的研究者利用MEMS集成技术制作了一种基于硅压阻效应的三维力触觉阵列传感器研究者利用MEMS工艺在硅薄膜的边缘制作了四个压阻体，每个压阻体均作为独立的应变计，当有外力作用在传感器上时，硅薄膜发生形变，四个压阻体的阻值会随之变化，根据硅材料的阻值与压力间的关系，通过检测阻值的变化量即可获知作用在传感器上的三维力信息。该传感器具有良好的线性响应，这种高灵敏度的传感器己被成功应用在机器人灵巧手爪上。但是该传感器的柔韧性还是很差。

中科院智能机械研究所的梅涛等人同样利用MEMS技术制作了能够检测三维力的触觉传感器阵列，该传感器能够获取接触力的分布和大小以及滑动的趋势和发生等多种信息。传感器阵列由敏感单元、传力柱、橡胶层、保护阵列和基板等组成。其中，敏感单元是传感器阵列中最关键的部件，设计成四方形的E型膜结构，作用在膜上的三维力所产生的应变由三组集成在E型膜上的力敏电阻所构成在实际应用中，由于该传感器结构复杂，存在测量误差，柔韧性差，很难真正得以应用。

综上所述，当前所研究的触觉阵列传感器具有的共同的不足之处为要么没达到人类皮肤的柔韧性，要么在多维阵列传感器的结构研究方面没实质上的突破，故无法实现关于触觉阵列传感器的柔性化以及多维化和大规模设计。

发明内容