CN104635562A - 一种触觉传感器、触觉传感***及智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触觉传感器、触觉传感***及智能机器人，所述触觉传感器包括触觉检测芯片、信号采集电路和柔性电路板；所述触觉检测芯片的信号采集端与柔性电路板连接，信号输出端与信号采集电路连接。本发明提供的一种触觉传感器、触觉传感***及智能机器人，使用柔性电路板作为触觉感受载体，并使用触摸按键芯片来实现触觉感受的检测电路，可以实现机器人的触觉感知功能。较现有触觉传感服装相比，本发明形状灵活多变，可根据实际使用需要改变形状和面积；灵敏度可以根据实际使用时外壳厚度进行调节；感知载体厚度轻薄，可安装在各种位置，安装简单方便；尤其可以安装在机器人外壳内部，不改变机器人外观；触摸时无需挤压形变即能感知触觉。

Description

一种触觉传感器、触觉传感***及智能机器人

技术领域

本发明涉及机器人传感器领域，具体涉及一种触觉传感器、触觉传感***及智能机器人。

背景技术

机器人触觉在机器人感觉***中占有非常重要的地位，它具有视觉等其他感觉无法实现的功能。2006年第19卷第3期的《传感技术报》刊发的一篇名为《一种新型智能机器人触觉传感服装的研究》的文章公布了一种利用导电橡胶的压阻特性实现机器人触觉的方法。导电橡胶是在普通橡胶渗入导电颗粒制成，其压阻特性是指单位体积的导电橡胶电阻率在外部作用力下发生显著变化的性质,一般当导电橡胶所受的压力慢慢变大时,其体积随之慢慢变小,等效于内部导电颗粒的浓度增大,从而导电橡胶的电阻变小，这样通过检测导向橡胶的电阻变化来实现触觉的检测。如图1所示，现有技术中的导电橡胶在应用时通常被设计成传感布料：最上和最下两层分别为普通布的覆盖保护层，再向内使用PB板作为上下两个电极板，所述PB板上用银浆印刷有电路，最中间是用导电橡胶制成的阵列触点层和用来隔断上下电极的网状衬垫层。通过上述传感布料制作成传感服装，传感服装穿戴于机器人身上，通电后便可进行触觉的感官检测。

用此方法来实现的机器人触觉功能具有面积大、灵敏度高、柔韧性好的有点，但也具有较为显著的缺点：首先，在实际使用中传感布料需要受到挤压变形才能达到检测触觉的效果，无法感应轻微的触摸；其次，由于传感布料具有一定厚度，在机器人上很多特殊的位置不能很好地包裹，不便于安装；再次，在机器人表面穿戴传感服装会影响机器人的整体外观，使机器人表面材质单一。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中的缺陷，提供一种触觉传感器、触觉传感***及智能机器人，其具备现有的传感服装的面积大、灵敏度高、柔韧性好的优点，同时还具有传感服装所不具备的不用挤压就能检测触觉、结构轻薄、形状多变、容易安装、不影响机器人整体外观的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种触觉传感器，安装于机器人上，包括触觉检测芯片、信号采集电路和柔性电路板；所述触觉检测芯片的信号采集端与柔性电路板连接，信号输出端与信号采集电路连接。

还包括连接于触觉检测芯片的信号采集端的并联电容，所述并联电容的电容量为0～50pF，用于调节触觉传感器的感应灵敏度。

所述触觉检测芯片为触摸按键芯片。

所述触觉检测芯片为TTP223芯片或PCF8883芯片。

所述柔性电路板通过单芯的屏蔽线缆连接到触觉检测芯片的信号采集端。

所述柔性电路板通过双面胶粘贴于机器人外壳的内壁上。

一种触觉传感***，包括上位控制器、传感器采集板和多个以上所述的触觉传感器；所述多个触觉传感器分别与传感器采集板连接，所述传感器采集板与上位控制器连接。

一种智能机器人，包括机器人本体和多个以上所述的触觉传感器；所述多个触觉传感器的柔性电路板分别安装于机器人本体上的多个部位。

一种智能机器人，包括机器人本体和以上所述的触觉传感***；所述触觉传感***中的多个触觉传感器的柔性电路板分别安装于机器人本体上的多个部位。

本发明提供的一种触觉传感器、触觉传感***及智能机器人，使用柔性电路板作为触觉感受载体，并使用触摸按键芯片来实现触觉感受的检测电路，可以实现机器人的触觉感知功能。较现有触觉传感服装相比，本发明中的柔性电路板的形状灵活多变，可根据实际使用需要改变形状和面积；触觉传感器的灵敏度可以根据实际使用时外壳厚度进行调节；感知载体厚度轻薄，可安装在各种位置，安装简单方便；尤其可以安装在机器人外壳内部，不改变机器人外观；触摸时无需挤压形变即能感知触觉。

附图说明

图1是本发明实施例一的一种触觉传感器的电路模块示意图。

图2是本发明实施例一的使用方法参考图。

图3是本发明实施例二中的触觉传感***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于机器人上的触觉传感器，包括触觉检测芯片、信号采集电路和柔性电路板。触觉检测芯片的VSS引脚接地，VDD引脚接电源；Q引脚为信号输出端，与信号采集电路连接，用于供上位机采集信号；I引脚为信号采集端，与作为触觉感受载体的柔性电路板连接，用于接收触觉感应信号。

作为改进，可以在触觉检测芯片的信号采集端连接一并联电容，用于调节触觉传感器的感应灵敏度。所述并联电容的电容量可以为0～50pF，电容量越低灵敏度越高，不连接并联电容时为最灵敏状态。

作为改进，所述触觉检测芯片为触摸按键芯片。本发明实施例中，采用TTP223芯片或PCF8883芯片作为触觉检测芯片。TTP223芯片和PCF8883芯片是最常用的单键触摸芯片，除此之外，还可使用多引脚封装的多路输入触摸芯片。

在上电的前0.5秒，触觉检测芯片将检测连接于I引脚上的外部电容量，即并联电容，并将其作为初始值。当有物体碰触外部的触觉感受载体即柔性电路板时，便会改变柔性电路板上的电容，虽然变化很小的，但是触觉检测芯片也能检测到这一微小的电容变化量。触觉检测芯片检测到I引脚上的外部电容量大于初始值，随即改变Q引脚的电平输出状态供上位机进行信号采集，如此便实现了感知触觉的功能。

本发明实施例实际应用时，将柔性电路板通过双面胶粘贴在机器人外壳的内壁上，即如图2所示，最上一层是机器人外壳1，下层是柔性电路板3，中间采用双面胶2进行粘贴，保证牢固。柔性电路板3只需要通过一根单芯屏蔽线缆与触觉检测芯片连接即可。如此的安装结构便不会影响机器人的整体外形设计，外壳的材质也可以根据实际使用需要任意变化。再加上柔性电路板的厚度、形状和面积都可以根据实际使用需要进行设计和加工，使其具有灵敏度高、轻薄、耐用等优点，可以安装在各种狭小、多变的空间里。

实施例二

本发明能够在展示机器人上得到很好的应用。展示机器人是一种多功能的智能机器人，在各种展会现场、体育场馆和科技馆等场所作为宣传、指引使用。它具有行走、自动导航、蔽障、与人交谈等功能，但是由于其外壳大多是塑料或玻璃钢材质制成，用以往的方式很难实现触觉功能。

在本发明实施例提供了一种展示机器人，包括机器人本体和触觉传感***。如图3所示，所述触觉传感***包括上位控制器、传感器采集板和多个触觉传感器；所述多个触觉传感器分别与传感器采集板连接，所述传感器采集板与上位控制器连接。

具体地，所述多个触觉传感器分别为头部左侧触觉传感器、头部右侧触觉传感器、左大臂触觉传感器、右大臂触觉传感器、左小臂触觉传感器和右小臂触觉传感器。各触觉传感器的柔性电路板分别对应安装于机器人本体上的多个不同部位，即头部两侧、两侧大臂和小臂。每个位置的柔性电路板配合一路触觉检测芯片进行触觉信号的采集，触觉检测芯片输出的信号再通过信号采集电路统一收集到一块传感器采集板上，之后实现与上位控制器的通信。如此便实现了展示机器人的触觉功能，当机器人被触摸时，机器人可以根据被触摸的部位说出适当的话语或做出相应的动作，大大的丰富了展示机器人的人机交互功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种触觉传感器，安装于机器人上，其特征在于，包括触觉检测芯片、信号采集电路和柔性电路板；所述触觉检测芯片的信号采集端与柔性电路板连接，信号输出端与信号采集电路连接。

2.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，还包括连接于触觉检测芯片的信号采集端的并联电容，所述并联电容的电容量为0～50pF，用于调节触觉传感器的感应灵敏度。

3.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，所述触觉检测芯片为触摸按键芯片。

4.根据权利要求3所述的触觉传感器，其特征在于，所述触觉检测芯片为TTP223芯片或PCF8883芯片。

5.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，所述柔性电路板通过单芯的屏蔽线缆连接到触觉检测芯片的信号采集端。

6.根据权利要求1所述的触觉传感器，其特征在于，所述柔性电路板通过双面胶粘贴于机器人外壳的内壁上。

7.一种触觉传感***，其特征在于，包括上位控制器、传感器采集板和多个权利要求1至6任一所述的触觉传感器；所述多个触觉传感器分别与传感器采集板连接，所述传感器采集板与上位控制器连接。

8.一种智能机器人，其特征在于，包括机器人本体和多个权利要求1至6任一所述的触觉传感器；所述多个触觉传感器的柔性电路板分别安装于机器人本体上的多个部位。

9.一种智能机器人，其特征在于，包括机器人本体和权利要求7所述的触觉传感***；所述触觉传感***中的多个触觉传感器的柔性电路板分别安装于机器人本体上的多个部位。