[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

说明书

本发明提出了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，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，压电纳米发电机分别与信号处理电路和蓄电池相连接，信号处理电路与微控制单元相连接，微控制单元与无线模块相连接；信息反馈系统包括信息处理单元，无线模块与信息处理单元相连接。本发明的压电纳米发电机能够实现全弯曲和卷曲，制作简单，使用方便，成本低廉，更好的切合人体或机械表面；能够对不同的机械力产生不同的响应来充当机器人的触觉，且大大提高了机器人触感的敏感性和反映度。

技术领域

本发明涉及机器人触感模拟的技术领域，尤其涉及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。

背景技术

基于压电复合膜制备的柔性压电纳米发电机通常由压电填料和柔性基质组成，压电纳米发电机受到外力刺激时，会产生电信号输出。传统的压电复合膜在制备的过程中，是直接将柔性的基质和压电陶瓷颗粒填料混合制备而成。但是这种压电复合膜的固化中，压电颗粒在重力的影响下，会出现大部分颗粒聚集在压电复合膜的下部的现象，考虑到压电发电机在受到外力的刺激下，大部分应力会被上层的基质所吸收和消耗，进一步抑制电信号输出。根据压电材料的压电效应，必须采用有效的方式方法去提高复合膜中应力传递能力，进而提高压电发电机的压电输出。另外，在当今社会物联网技术发展中，机器人电子皮肤触感在为新一代新生事物，也在快速蓬勃发展。将压电发电机用于机器人触感系统中也是迎合社会发展的一项重要的元素。而全柔性的压电纳米发电机对于满足物联网的需求也是一个挑战。对比之前报道的铜、铝箔、ITO/PET等电极，由于其脆弱性不能实现全弯曲，碳纳米管及石墨烯等昂贵电极没有经济实用性，因此，在物联网发展中能够实现全柔性的机器人触感反馈系统将会产生巨大的潜在性应用。

发明内容

针对现有的机器人电子皮肤触觉模拟装置不能自供电，电机不能实现全弯曲，成本较高的技术问题，本发明提出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，可以实现自供电，压电纳米发电机能够实现全弯曲和卷曲，成本低廉，且切合人体或机械表面，可以更好地实现对周围的人或者其他事物的具有感知。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：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，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，压电纳米发电机分别与信号处理电路和蓄电池相连接，蓄电池与微控制单元相连接，信号处理电路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的数量设有三个，三个压电纳米发电机并联连接。

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。

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3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。