[发明专利]基于电阻抗层析成像的触觉压力传感器与信号采集方法

说明书

本发明提出一种基于电阻抗层析成像的触觉压力传感器与信号采集方法，属于传感器设计与测试领域。本发明传感器的激励层采用涂有非极性聚合物的高导电织物制备，探测层采用涂有弱极性聚合物的低导电织物制备，探测层的边缘布置电极阵列，在测量时，选择两个电极，一个作为接地点，另外一个作为测量点。本发明通过选通不同两两电极进行测量，基于电阻抗层析成像，计算所施加的压力的大小和位置测量。本发明可实现机器人触觉皮肤特性及触觉形态的高精度分布式传感，所实现的传感器结构简单、可靠性高、低功耗、柔韧性好且价格低廉的优势，并且提高了压力大小和位置测量的简易度和准确度。

技术领域

本发明属于传感器设计与测试领域，涉及一种新型的压力的传感器的设计与基于电阻抗层析成像的新型表面触觉的压力大小与位置测量方法。

背景技术

压力是触觉的主要特征，以感兴趣对象上的压力或应力分布的测量为目标的触觉成像是触觉传感技术的重要组成，成像型触觉传感器也是触觉传感器的主要分类之一，如：参考文献[1]-[2]。针对压力感知和压力大小探测的触觉成像技术对于揭示机器人触觉传感技术中感知行为(抓举握力控制，手动引导灵巧操纵等)和行为感知(接触判别，接触点定位，感知物体形状等)的准确信息有重要的价值。

基于压力测量的触觉成像技术是触觉传感领域的研究热点，其主要利用阵列传感元件来实现接触区域压力分布的测量，这在机器人皮肤和手掌传感及手臂控制等方面具有重要意义。基于传感原理和方法的区别，表一给出了目前国内外共同研究的触觉传感技术及其对应的感应原理、材料、优缺点比较(参考文献[3]～[4])。

表一 触觉传感技术的感应原理、材料、优点和缺点比较

现有的触觉成像技术采用感应区域布置压敏元件阵列式结构，这种阵列结构需要复杂的制造工艺并且对传感器外形设计施加限制，难以满足机器人皮肤表面复杂三维结构的压力测量。

参考文献：

[1]Dahiya R S,Metta G,Valle M,et al.Tactile Sensing—From Humans toHumanoids[J].IEEE Transactions on Robotics,2010,26(1):1-20.

[2]Tiwana M I,Redmond S J,Lovell N H.A review of tactile sensingtechnologies with applications in biomedical engineering[J].Sensors andActuators:A Physical,2012,179:17-31.

[3]Silvera-Tawil D,Rye D,Soleimani M,et al.Electrical ImpedanceTomography for Artificial Sensitive Robotic Skin:A Review[J].IEEE SensorsJournal,2015,15(4):2001-2016.

[4]邓刘刘,邓勇,张磊.智能机器人用触觉传感器应用现状[J].现代制造工程,2018.

发明内容

本发明针对目前触觉成像技术采用感应区域布置阵列式结构的压敏元件的方式，难以满足机器人皮肤表面复杂三维结构的压力测量，并且传统压敏材料触觉成像传感器工艺复杂、成本高的问题，提供一种基于电阻抗成像原理并利用具有双层导电织物材料机电耦合效应的新型触觉传感器，基于电阻抗层析成像的压力传感器，进行压力的大小与位置测量，实现机器人触觉皮肤特性及触觉形态的高精度分布式传感。