CN104777483B - 高解析触觉感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高解析触觉感测装置，其是针对现行的触觉传感器作一改良，此种高解析触觉感测装置是包括具有一超音波组件，以对一受测物体进行侦测并提供感测结果。此外，一缓冲层是设置于超音波组件之表面，一具有平滑表面之填平层是设置于缓冲层之上，以显露出该平滑表面，并以此平滑表面接触于受测物体，藉此降低与受测物体间因表面粗糙度而造成之干扰，于此，本发明可有效地提升触觉传感器之感测精度与解析能力。

Description

高解析触觉感测装置
技术领域
本发明是有关于一种触觉感测装置，特别是一种藉由改善接触物体之表面粗糙度以提升解析能力之高解析触觉感测装置。
背景技术
一般而言，触觉感测量测***与人类手指的功能相似，当与物体接触时，可以知道所接触的物体表面的特征与其他物理性质信息，例如：作用力或压力的强度与空间分布、物体形状与位置、表面纹路质地、温度、柔软度或湿度等特征信息。随着现今科技的日渐蓬勃与发展，目前现有的触觉感测量测***在工业领域中，已可大幅地应用于例如控制机器人动作(如抓取物体)、结合显示器用来作为触控输入设备、实现指纹辨识或虚拟现实(Virtual Reality)等用途。
其中，就应用层面而言，惟有能够提供精准且高分辨率的触觉感测，方能有助于准确地判断所接触物体的角度及方位，更俾利于提升触觉感测技术(Tactile SensingTechnology)的流畅度。更进一步而言，一个可靠的触觉传感器所讲求的，即是必须能够不受到外界环境变化的影响，使得感测功能可以在任何工作条件下皆保持精确的灵敏度水平。至于，环境中容易影响触觉感测的因素很多，大抵而言包括有：环境中的温度、湿度、接触界面的平滑度与否等等因素。而为了维持触觉传感器较佳的感测精度与解析能力，现有技术皆致力于降低环境中可能造成影响及干扰的因子。然而，这些改善通常效率不佳，或是提升的幅度相当有限，并无法有效地解决环境中造成触觉感测干扰及噪声的因素。
有鉴于此需求，同时为了提供一种具有较佳感测精度的触觉传感器，本发明人是有感先前技艺之可改善，且依据多年来从事此方面之相关经验，悉心观察且研究之，并配合学理之运用，而提出一种设计新颖且能有效提升触觉感测精度之本发明，其是揭露一种高解析之触觉感测装置，其具体之架构及实施方式将详述于下。
发明内容
为解决习知技术存在的问题，本发明之一目的是在于提供一种高解析触觉感测装置，其是针对现行的触觉传感器作一改良，相较于习知技术，此种新颖的高解析触觉感测装置是有助于提供较佳的检测效益与解析能力。
本发明之又一目的是在于提供一种高解析触觉感测装置，其是藉由提供一填平层，并利用填平层之平滑表面来改善与接触物体间的表面粗糙度，藉此降低因表面粗糙度所造成之干扰，进而提升触觉感测装置之感测精度与讯号解析能力。
本发明之再一目的是在于提供一种高解析触觉感测装置，此感测装置不仅可针对现有的触觉传感器进行改良与应用外，更可进一步地用于未来科技机械人手指触觉的解析能力，皆可应用本发明，在无形中提高本发明所能应用之范畴，并增进其产业应用性。
是以，本发明是揭露一种高解析触觉感测装置，用于接触一受测物体并感知其触觉。此种高解析触觉感测装置包括有一超音波组件、一缓冲层、以及一填平层。其中，超音波组件具有多个使用于发送及接收讯号之感测单元，以对受测物体进行侦测并提供感测结果。缓冲层是设置于超音波组件之表面。填平层是具有一平滑表面，并设置于缓冲层之表面，以显露出该平滑表面，并利用此平滑表面接触于受测物体，藉此降低与受测物体间因表面粗糙度所造成之干扰。
其中，根据本发明之实施例，所述之缓冲层的材质例如可为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成之混成材料。
根据本发明之实施例，其中，所述之填平层的材质亦例如可为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成之混成材料。
根据本发明之实施例，其中，所述之填平层的声抗值是大于1.2牛顿*秒/米3。
根据本发明之实施例，其中，所述之填平层的厚度是大于3微米。
根据本发明之实施例，其中，所述之填平层的表面铅笔硬度是大于3H。
根据本发明之实施例，其中，所述之填平层的表面粗糙度应大于缓冲层之表面粗糙度。再者，填平层之表面粗糙度应小于或等于10微米，至于，缓冲层之表面粗糙度则大于或等于3微米。
更进一步而言，为了完全去除与受测物体间因表面粗糙度所造成之干扰，本发明所使用之填平层之表面粗糙度更可进一步地透过一软件进行补偿，例如将表面粗糙度当成背景值扣除，则亦可用以实施本发明之发明目的。
底下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明之目的、技术内容、特点及其所达成之功效。
附图说明
图1是为一习见触觉传感器之结构示意图。
图2是为根据本发明实施例之高解析触觉感测装置之结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以上有关于本发明的内容说明，与以下的实施方式是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。
为了有效提升现行触觉传感器之讯号解析能力，本发明是针对此目标提出一种较佳的改良装置，其是为一高解析触觉感测装置。其中，为了能更佳地理解本发明所述之技术内容，请一并参阅图1及图2所示结构之示意图，本发明将据此进行详细之说明如下。
首先，如图1所示，其是为一习见触觉传感器之结构示意图。如图所示，一超音波组件10是用以对受测物体20进行侦测，并提供感测结果，其中，超音波组件10中是具有多个使用于发送及接收讯号(如箭头所示)之感测单元，以对受测物体20进行侦测。由于超音波组件10之操作原理主要是由一探头发射出声波，碰到受测物体20之界面21产生反弹波，再由探头进行侦测，即可得知界面和探头的相对位置及感知结果。此一部份之技术实为现今科技所熟知者，而并非本发明之发明重点，故就此超音波组件部分之细部技术内容，本发明并不进行赘述。
之后，一缓冲层(buffer)30是设置于超音波组件10之表面，在一实施例中，缓冲层30之材质例如可为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成之混成材料(例如：聚二甲基硅氧烷，Polydimethylsiloxane，PDMS)。如图1所示，由于缓冲层30并非完全平滑(smooth)的材料，故在与受测物体20之界面21上可能具有表面粗糙度(roughness)的问题，因此，本发明是在此界面21上提供有一填平层40，其结构请参阅图2所示。
如图2所示，填平层40之一侧是具有一平滑表面41，并且，填平层40是设置于缓冲层30之表面上，以同时显露出该平滑表面41。是以，根据本发明之实施例，填平层40是可利用此平滑表面41接触于受测物体20，以利用平滑表面41降低与受测物体20之界面21间之表面粗糙度。一般而言，当改善接触界面的表面粗糙度之后，则***滑表面41之填平层40来提升触觉感测装置之讯号解析能力，故有关此填平层40之材质、厚度、及表面粗糙度等数值，则皆为本发明必须善加考虑的设计重点。
详细而言，根据本发明之实施例，填平层40之材质选用例如可为：有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成之混成材料(例如：聚二甲基硅氧烷，Polydimethylsiloxane，PDMS)，如图2所示，其厚度T必须大于3微米(μm)。至于，填平层40之声抗值(acoustic impedance)则应大于1.2牛顿*秒/米3，表面铅笔硬度(surface pencilhardness)需大于3H。除此之外，根据本发明之实施例，填平层40之表面粗糙度更应大于缓冲层30之表面粗糙度，例如，填平层40之表面粗糙度需小于或等于10微米，至于，缓冲层30之表面粗糙度则是大于或等于3微米。
更进一步而言，为了完全去除与受测物体20间因表面粗糙度所造成之干扰，本发明所选用之填平层40，其表面粗糙度更可进一步地透过一软件进行补偿，例如：直接将表面粗糙度当成背景值扣除，则利用此方法，亦可有效地将习知因表面粗糙度而造成之干扰与噪声完全去除。举例来说，触觉感测装置所接收到的信号强度可由扣除粗糙度(即背景值)之积分面积表示，当进行定量分析时，即可有效地将原来因表面粗糙度而形成的干扰及噪声完全去除，进一步较佳地实现本发明之发明目的。
是以，综上所述，本发明所揭露之高解析触觉感测装置是为一种新颖且前所未见之设计，其是利用一具有平滑表面之填平层，以利用此特定之填平层与受测物体进行接触，藉此改善接触界面上之表面粗糙度。其中，由于因表面粗糙度所造成之干扰及噪声可以有效地被消弭，故本发明所揭露之触觉感测装置自然具有较佳之讯号解析能力与感知效益。
另一方面而言，根据本发明所揭露之高解析触觉感测装置，此感测装置不仅可针对现有的触觉传感器进行改良与应用外，更可进一步地用于未来科技机械人手指触觉的解析能力，皆可应用本发明，故相较于习知技术，本发明所揭露之触觉感测装置，显然具有较佳之感测效益与解析能力，实具有极佳之产业发展性与广于发展之潜力，不仅在无形中提高本发明所能应用之范畴，更进一步地增进其产业应用性。
由此观之，显见本发明之目的及功效是明显优于先前技术，且本发明所揭露之技术特征、方法手段与达成之功效是显著地不同于现行方案，实非为熟悉该项技术者能轻易完成者，故具备有专利要件。
以上所述之诸多实施例仅是为说明本发明之技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺之人士能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以之限定本发明之专利范围，即大凡依本发明所揭示之精神所作之均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明之专利范围内。

Claims (9)

1.一种高解析触觉感测装置，其特征在于，用于接触一受测物体并感知其触觉，该高解析触觉感测装置包括：
一超音波组件，具有多个使用于发送及接收讯号之感测单元，以对该受测物体进行侦测并提供感测结果；
一缓冲层，是设置于该超音波组件之表面；以及
一填平层，是具有一平滑表面，其中，该填平层是设置于该缓冲层之表面，并露出该平滑表面，以利用该平滑表面接触该受测物体，降低与该受测物体间因表面粗糙度所造成之干扰；
其中，该缓冲层的厚度大于该填平层的厚度，该填平层之厚度是大于3微米。
2.如权利要求1所述之高解析触觉感测装置，其特征在于，该缓冲层之材质是为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成之混成材料。
3.如权利要求1所述之高解析触觉感测装置，其特征在于，该填平层之材质是为有机材料、无机材料、或以有机材料与无机材料混合制成之混成材料。
4.如权利要求1所述之高解析触觉感测装置，其特征在于，该填平层之声抗值是大于1.2牛顿*秒/米3。
5.如权利要求1所述之高解析触觉感测装置，其特征在于，该填平层之表面铅笔硬度是大于3H。
6.如权利要求1所述之高解析触觉感测装置，其特征在于，该填平层之表面粗糙度是大于该缓冲层之表面粗糙度。
7.如权利要求6所述之高解析触觉感测装置，其特征在于，该填平层之表面粗糙度是小于或等于10微米。
8.如权利要求6所述之高解析触觉感测装置，其特征在于，该缓冲层之表面粗糙度是大于或等于3微米。
9.如权利要求1所述之高解析触觉感测装置，其特征在于，该填平层之表面粗糙度更可透过一软件进行补偿，以完全去除与该受测物体间因表面粗糙度所造成之干扰。
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