[发明专利]一种电量识别和刚度筛选的耦合式传感方法及其传感系统

说明书

本发明公开了一种电量识别和刚度筛选的耦合式传感方法及其传感系统。本发明利用静电感应与压电驻极体的近场效应，通过单层或双层压电驻极体薄膜分别提高带电量识别灵敏度或刚度判断灵敏度；前端电极为阈值刚度固定的球形拱顶结构，若目标物体的刚度大于前端电极的阈值刚度，则前端电极会发生非线性屈曲，产生高脉冲窄形变电信号；因此无需测量接触力与物体形变，直接实现对物体刚度的筛选；在一种结构上同时实现对目标的带电量测量与阈值刚度的判别；进一步地，通过阵列化排布不同刚度的前端电极，可以实现物体带电量分布识别以及更高精度地判定物体刚度范围；本发明具有高灵敏度、耦合识别、刚度筛选、阵列化、集成度高、体积微小等特点。

技术领域

本发明涉及电量识别及刚度筛选传感技术，具体涉及一种电量识别和刚度筛选的耦合式传感系统及其传感方法。

背景技术

机器人智能机械手需要穿戴先进微型传感器才能更好完成精细化作业任务，包括：对物体的识别、抓取等操作。在上述任务中，通常配备触觉传感器以检测物体的温度、形状、表面粗糙度、表面湿度、带电特性以及刚度等。

太空环境中弥漫着大量带有电荷的流星体，其表面电压最高可达几千伏，与装备接触时极易产生放电损害电路设备，因此，在机械手抓取目标前需要提前判断目标物体的带电量以确定是否抓取物体。此外，流星体成分大多为金属、石质矿物和冰晶，刚度差别很大。为了选择合适的抓取目标与抓取力度，在机械手抓取目标时需要筛选目标物体的刚度。因此，在太空探索过程中，需要开发一种具有对物体带电量识别及其刚度筛选能力的耦合式传感方法与传感系统。然而，目前针对物体带电量及其刚度判别多用两种类型传感器同时感测，集成化程度低。

在相关研究中，对物体刚度的测量多采用压电式传感器，利用正压电效应，通过输出电信号计算得到接触时的相互作用力，反推出物体刚度，这需要压电式传感器的灵敏度极高以输出高精度连续信号。但是压电式触觉传感器只能测量物体动态刚度，无法测量静态刚度，而物体与探头之间接触不稳会引发较大误差。目标物体的刚度等于相互作用力除以物体的形变量，但物体的微小形变量难以通过压电传感器测量，需要额外的位移传感器，这为计算刚度带来了极大的不便与困难。对于物体表面带电量的测量多采用静电式传感器，利用静电感应原理测量目标物体带电量。但静电式传感器的带电量识别灵敏度取决于物体的带电量及物体与探测极板间相对运动的速度、距离，因此当物体带电量较小、距离很远时其灵敏度十分微弱。目前，没有发现复合式传感器同时满足对物体这两种特性的感测。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种电量识别和刚度筛选的耦合式传感方法及其传感系统，实现更高精度地判定物体刚度范围，具有高灵敏度、刚度筛选、耦合传感、阵列化等特点。

本发明的一个目的在于提出一种电量识别和刚度筛选的耦合式传感系统。

本发明采用压电驻极体薄膜，涂覆在后端电极的前表面，或者压电驻极体薄膜分别涂覆在前端电极的后表面以及后端电极的前表面。