[发明专利]具有分时、分区域屏蔽功能的传感器、电子皮肤和机器人

说明书

本发明涉及一种具有分时、分区域屏蔽功能的传感器和机器人，包括多个传感器单元，每个单元包括4个多功能层包含的区域，多功能层内部包4个平行板电容；多功能层通过模拟开关分时切换及总线控制实现分区域屏蔽功能。其有益效果：在进行分区域扫描时：将扫描传感器单元执行操作，以使由多功能层构成的类平面电容在实现接触觉时既不受多功能层外部串扰，也不受其内部平行板电容的串扰，还能使处于屏蔽状态下的多功能层内部的平行板电容能测量三维力的变化；将屏蔽传感器单元的多功能层同时接地，或同时接其内部平行板电容公共电极的激励信号，将内部平行板电容的公共电极接对应公共电极激励信号，使处于屏蔽状态的传感器单元能测三维力变化。

技术领域

本发明涉及一种具有分时、分区域屏蔽功能的传感器、电子皮肤和机器人，适用于人工智能的技术领域。

背景技术

近年来，智能机器人在工业领域已经发展到大规模实用阶段，智能机器人与外部世界的交互作用需要模仿人类的各种感官功能的智能传感器，主要包括：视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器和嗅觉传感器。到目前为止，视觉传感器和听觉传感器已经发展成熟并广泛地应用在工业机器人领域。但随着智能机器人向人类活动的各个领域深入扩展，特别是农业机器人、家庭服务机器人、医疗服务机器人和酒店餐饮业服务机器人等领域，需要机器人能够完成更加灵活、复杂的动作，同时由于这些领域的机器人需要与人类做更加密切的接触，必须保证机器人与人类接触的安全性和舒适性。因此，具有类似人类触觉功能的高度敏感的触觉传感器就显得越来越重要。世界各国均对仿生触觉传感器开展了广泛的研究。

智能触觉传感器应具备以下基本功能：

接触觉：当智能机器人的肢体即将或刚刚接触外部物体时，应能对即将或刚刚接触的外部物体进行大致的分类并判断即将接近的外部物体的速度和距离。例如：服务类机器人应能分辨出即将或刚刚接触的物体是人类肢体或其他物体，农业采摘机器人应能分辨即将或刚刚接触的物体是水果、棉花或植物枝叶，同时应能判断接近的速度和距离，以便智能机器人能恰当的控制其肢体接近或接触外部对象的初速度，以避免对即将接触的人体造成伤害或对即将接触的物体造成损坏。

压觉和滑动觉：当智能机器人的肢体接触到外部物体后，应能感知其施加的三维压力的大小和方向，以便智能机器人能将其施加于外部物体的三维压力控制在适合的范围，例如：服务类机器人端起茶杯时应控制其施加于茶杯的三维压力，使其即不至于被捏碎，又不至于滑落。另外，当智能机器人的肢体在外部物体上滑动时应能感知滑动的方向和滑动速度，以便智能机器人能将控制滑动的方向和速度，例如：按摩服务机器人应能将其手掌在人体上滑动的速度和方向控制在适当的范围。

温湿度觉：当智能机器人的肢体接近或接触到外部物体时应能感知外部环境和外部物体的温度，以便智能机器人保护智能机器人自身的肢体不受到高温或低温的损坏，同时保护其服务对象不受到高温或低温的伤害，例如：服务机器人给老人或病人端茶水时应判断茶水的温度是否适合人类饮用；当智能机器人肢体接近火焰或高温物体时应能主动趋避。另外，智能机器人的肢体接近或接触到外部物体时应能感知外部环境和外部物体的湿度，例如：家庭服务机器人，帮人类晾晒衣物时应能分辨出衣物是否已经晾干。

除上述基本功能外，由于仿生机器人的全部肢体需要大面积覆盖具有大量触摸传感器的仿生皮肤，因此，智能触摸传感器还需要符合小型化、低功耗、便于形成传感器矩阵的要求。

现有智能触摸传感器技术研究，按传感原理划分，主要分为，电阻式、电容式、光电式、压电式、电感式、微机电式和复合式(两种或两种以上原理复合)。目前大都处在实验室研究阶段，还没有成熟到实用阶段，随着研究的深入，越来越多的研究团队将关注点聚焦于电阻式、电容式和阻容复合式，由于其制作工艺简单、成本低便于批量生产等特点已经接近于成熟。