[发明专利]一种基于压电纳米发电机的机器人电子皮肤模拟触感装置

权利要求书

1.一种基于压电纳米发电机的机器人电子皮肤模拟触感装置，包括压电发电模块，压电发电模块安装在机器人的机械手上，其特征在于，所述压电发电模块通过无线模块与信息反馈系统相连接，压电发电模块包括柔性的压电纳米发电机、信号处理电路、微控制单元和蓄电池，压电纳米发电机与信号处理电路相连接，信号处理电路分别与微控制单元和蓄电池相连接，蓄电池与微控制单元相连接，微控制单元与无线模块相连接；所述信息反馈系统为上位机或移动终端，无线模块与上位机或移动终端相连接；

所述压电纳米发电机从上到下依次包括基底、下电极、柔性的压电复合膜、上电极和基质，所述基底或基质设置在机器人的机械手或人体活动部位；

所述基底和基质均由聚二甲基硅氧烷制成；所述压电复合膜由无铅压电陶瓷材料和聚二甲基硅氧烷制成。

2.根据权利要求1所述的基于压电纳米发电机的机器人电子皮肤模拟触感装置，其特征在于，所述压电纳米发电机的数量设有三个，三个压电纳米发电机并联连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于压电纳米发电机的机器人电子皮肤模拟触感装置，其特征在于，所述信息反馈系统包括语音提示模块和显示屏，语音提示模块和显示屏均通过无线模块与微控制单元相连接，语音提示模块用于播放压电纳米发电机的表面受到力后信号处理后的信息，显示屏通过动漫表情展示压电纳米发电机表面受到力处理后的表情；所述无线模块为蓝牙无线模块，蓝牙无线模块包括蓝牙发射模块和蓝牙接收模块，蓝牙发射模块和蓝牙接收模块相匹配，蓝牙发射模块与微控制单元相连接，蓝牙接收模块与上位机或移动终端相连接。

4.根据权利要求3所述的基于压电纳米发电机的机器人电子皮肤模拟触感装置，其特征在于，所述信号处理电路包括同相比例放大器和同相滞回比较器，同像比例放大器与压电纳米发电机相连接，同像比例放大器与同像滞回比较器相连接，同像滞回比较器与稳压管D1相连接，稳压管D1与微控制单元相连接；同像比例放大器放大压电纳米发电机输出信号，同时降低高频噪声；同像滞回比较器的输出端利用稳压管D1钳位后，将信号转化为数字信号，从而输出峰值为5V的方波。

5.根据权利要求4所述的基于压电纳米发电机的机器人电子皮肤模拟触感装置，其特征在于，所述同像比例放大器包括运算放大器OP1，运算放大器OP1的同相输入端与压电纳米发电机相连接，压电纳米发电机上并联有电阻R₃，运算放大器OP1的反相输入端与电阻R₁相连接，运算放大器OP1的反相输入端通过电阻R₂与集成运算放大器OP1的输出端相连接，电阻R₂上并联有电容C₁；运算放大器OP1的输出端与电阻R₅相连接，电阻R₅与同像滞回比较器相连接；所述同像滞回比较器包括运算放大器OP2，运算放大器OP2的同相输入端分别与电阻R₅和电阻R₆相连接，运算放大器OP2的反相输入端与电阻R₄相连接，运算放大器OP2的输出端与电阻R₇相连接，电阻R₇和电阻R₆均与稳压管D1的正极相连接，稳压管D1的负极接地，稳压管D1的正极输出处理后的数字信号。

6.根据权利要求1所述的基于压电纳米发电机的机器人电子皮肤模拟触感装置，其特征在于，所述下电极和上电极均为银纳米线。

7.根据权利要求6所述的基于压电纳米发电机的机器人电子皮肤模拟触感装置，其特征在于，所述压电纳米发电机的上电极和下电极的制备方法的步骤如下：

1）将玻璃衬底清洗干净，将配制好的聚二甲基硅氧烷溶液通过匀胶机在玻璃衬底上制备厚度一致的基底；

2）将浓度为0.05 mg/ml的银纳米线混合液分散均匀后，通过真空抽滤方式将酒精和银纳米线分离出来，在有机滤纸上形成了一层致密的银纳米线薄膜；

3）将有机滤纸上的银纳米线薄膜采用干转移技术转移到步骤一制作的基底上，制备成柔性电极。