[发明专利]一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手

说明书

本发明公开了一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，包括手形驱动单元，分布在手形驱动单元上的仿生刚柔耦合多维力传感器阵列，其特征在于：所述手形驱动单元上分布有多个仿生刚柔耦合多维力传感器，所述仿生刚柔耦合多维力传感器包括：衬底；切应力感知结构，设置于所述衬底；垂直应力传感结构，设置于所述衬底；所述切应力感知结构与垂直应力感知结构在衬底上呈阵列分布；柔性包裹材料，包裹所述衬底、所述切应力感知结构和所述垂直切应力传感结构。当垂直应力和切应力施加在柔性包裹材料上时，呈阵列分布在手形驱动单元上的仿生刚柔耦合多维力传感器可以感知手上多个位置的垂直应力和多向切应力，使手形驱动单元具有多维力感知能力。

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手。

背景技术

目前，智能感应机器人领域面向机器人的触觉感知缺乏检测手段。目前常用的柔性传感器难以满足智能机器人感知的线性度和灵敏度要求。基于MEMS技术的的力感知传感器可以实现超高灵敏度的力检测并拥有良好的线性度，但是传统MEMS力传感器只能感知微小的刚性接触力，检测范围达不到智能感应机器人领域大范围力感知，且对传感器的安装环境要求很高，灰尘，油污以及水渍等污染会造成传感器失效。并且现有的触觉感知传感器只能实现单一方向的力感知，不能实现多维度力感知。对平行施加的切应力缺乏感知手段。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，旨在解决现有技术中机器人力感知灵敏度差和感知力方向单一的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，包括手形驱动单元，分布在手形驱动单元上的仿生刚柔耦合多维力传感器阵列，其特征在于：所述手形驱动单元上分布有多个仿生刚柔耦合多维力传感器，所述仿生刚柔耦合多维力传感器包括：

衬底；

切应力感知结构，设置于所述衬底；

垂直应力传感结构，设置于所述衬底；

所述切应力感知结构与垂直应力感知结构在衬底上呈阵列分布；

柔性包裹材料，包裹所述衬底、所述切应力感知结构和所述垂直切应力传感结构。

所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述衬底上分布有至少一个通孔和盲孔，所述通孔与所述盲孔呈阵列分布，所述通孔内含有切应力感知结构，所述衬底上设置有垂直应力传感结构，所述垂直应力传感结构位于所述盲孔开口方向的反向一侧，依据应用场景和仿生刚柔耦合多维力传感器在手形驱动单元上的排布位置确定切应力感知结构和垂直应力感知结构在衬底上的大小和排布方式。

所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述切应力感知结构包含有设置在所述衬底通孔内部两侧的切应力感应梁，每个所述切应力感应梁上设有仿生孔缝结构，每个所述切应力感应梁的两侧分别设有侧壁压敏电阻，所述侧壁压敏电阻采用液体掺杂剂旋涂并通过热扩散的方式形成。

所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述仿生孔缝结构贯穿所述切应力感应梁且贯穿方向与所述衬底的通孔方向一致，所述仿生孔缝结构为所述切应力感应梁上的至少一条仿生纵向缝，每个所述切应力感应梁上的所述仿生纵向缝之间平行排布，每条所述仿生纵向缝的长轴平行于所在切应力感应梁的长轴，所述侧壁压敏电阻位于所述切应力感应梁与其长轴水平方向垂直的两侧，所述切应力感应梁厚度小于所述衬底厚度，所述切应力感应梁的贯穿顶面与所述衬底顶面重合，所述切应力感应梁的长轴朝向依据切应力检测维度的方向确定。特殊的，所述切应力感应梁的长轴垂直于所要检测的切应力的方向；特殊的，当切应力方向有多个时，切应力感应梁呈阵列排布；特殊的，为了感知八个方向的切应力大小，将切应力感知梁设置为长轴朝向中心的排布方式。