[发明专利]一种电子仿生皮肤系统

说明书

本发明提供了一种电子仿生皮肤系统。该电子仿生皮肤系统包括压力感受部分与信号编码部分。其中，压力感受部分采用电感式压力传感器，包括支撑壳体、电感线圈与磁场单元；信号编码部分主要包括LC振荡电路、边沿检波电路、分频电路以及微分电路。工作状态时，外界应力作用于支撑壳体的支撑面，支撑面形变，引起连接支撑面的磁场单元作用于电感线圈中的磁通量变化，线圈电感随之改变，作为输出信号输出；然后，该输出的电感变化通过信号编码部分转换成脉冲电信号的频率变化。因此，该电子仿生皮肤系统进一步接近了人体皮肤的功能，能够与人体皮肤兼容，实现与人体皮肤直接“通讯”的功能。

技术领域

本发明涉及机器仿生技术领域，更具体地涉及一种电子仿生皮肤系统。

背景技术

皮肤是动物体与外界环境的一个良好沟通的凭借。由于皮肤中分布着各式各类的感受器，人类通常通过皮肤来感知周围环境(比如温度、压力、湿度等)。但是由于皮肤与外界环境直接接触，皮肤的伤害也是难以避免的，据报道分析，烧伤、机械创伤以及慢性疾病导致溃疡是造成皮肤缺损及功能丧失的主要原因。全国每年需要进行皮肤移植的病例大约在300万人次以上，依靠自体皮移植往往存在供皮部位不足等问题。电子仿生皮肤是解决此难题的优良途径，近年来，也受到广大研究学者的关注，应用于机器人、人造假肢以及可穿戴器件中。

在模拟皮肤的各种功能，例如感受冷、热、痛以及机械作用等中，电子仿生皮肤实现机械作用是最有挑战的工作之一。目前，有很多相关文献报道的电子仿生皮肤的灵敏度很高，可以感受到一只蚂蚁或者一小片羽毛，但是当电子仿生皮肤需要与人类皮肤直接连接时，其感受信号并且与人体皮肤的通讯仍是个难题。人体皮肤在感受到外界刺激时通常是通过人体脉冲电信号的频率变化告知人体的神经系统，而目前用于电子仿生皮肤的压力传感器“感受”到外界压力刺激时通常将该压力变化信号转化为电信号的幅值变化，例如电压、电流、阻抗等的幅值变化，因此该电子仿生皮肤无法与人体皮肤直接“通讯”，限制了其实现真正皮肤的功能。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提出一种电子仿生皮肤系统，该系统能够“感受”外界压力刺激，并且将其转换为脉冲电信号的频率变化，可进一步接近真实皮肤的功能。

本发明所采用的技术方案为：一种电子仿生皮肤系统，包括压力感受部分与信号编码部分；

所述的压力感受部分包括支撑壳体，以及位于支撑壳体内的电感线圈与磁场单元，该磁场单元能够产生磁场；

所述的支撑壳体包括支撑面，支撑面连接磁场单元；

工作状态时，外界应力作用于支撑面，支撑面形变，引起磁场单元作用于电感线圈中的磁通量变化，线圈电感随之改变；将该电感信号作为压力感受部分的输出信号；

所述的信号编码部分包括LC振荡电路、边沿检波电路、分频电路以及微分电路；

由压力感受部分输出的电感信号与电容构成LC振荡电路，在外界应力作用下压力感受部分输出的电感变化，通过LC振荡电路转化为正弦电压信号的频率变化；然后通过边沿检波电路、分频电路与微分电路，将输出的正弦信号经边沿检波电路转换为方波信号，高频信号经分频电路转换为低频信号，得到低频方波信号，再经微分电路转换为低频脉冲信号。

所述的LC振荡电路主要由电感、电容、电阻构成。

所述的边沿检波电路主要由电容、电阻以及反相器芯片构成。

所述的分频电路主要由分频器构成。

所述的微分电路主要由电容以及电阻构成。

作为优选，所述的LC振荡电路与边沿检波电路之间设置缓冲电路。作为进一步优选，所述的缓冲电路主要是由电压缓冲器构成。