CN116793531A - 一种机器人智能电子皮肤器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人智能电子皮肤器件，包括电子皮肤构件、皮肤温度检测单元、皮肤温度调节机构、控制单元和温度输入单元，所述皮肤温度检测单元配置在电子皮肤部件与皮肤温度调节机构之间，具有能够检测皮肤温度的结构；所述皮肤温度调节机构包括加热单元和冷却单元能够调节皮肤温度；所述温度输入单元用来预设用户输入的目标温度，所述控制单元根据皮肤温度检测单元检测出的皮肤温度和温度输入单元用户输入的目标温度对比，由皮肤温度调节机构进行调整至预设用户输入的目标温度；可以预设定皮肤的温度，并且可以根据预设定温度，可以调节电子皮肤构件的内表面的温度，以再现人体的皮肤温度特性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人电子皮肤温度传感技术领域，具体地说，是一种机器人智能电子皮肤器件。
背景技术
以往，在穿戴式机器人电子设备中，如果电子设备在穿戴时发热，长时间使用可能会使皮肤烫伤。即使在低温下也有长时间与皮肤接触而导致低温灼伤的危险。因此，从确保安全的角度出发，本技术的目的在于提供一种能够再现人体皮肤温度特性的机器人智能电子皮肤器件。
发明内容
本发明的目的是提供一种机器人智能电子皮肤器件，可以预设定皮肤的温度，并且可以根据预设定温度，可以调节电子皮肤构件的内表面的温度，以再现人体的皮肤温度特性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种机器人智能电子皮肤器件，包括电子皮肤构件、皮肤温度检测单元、皮肤温度调节机构、控制单元和温度输入单元，所述电子皮肤器件为具有外表面和内表面的片状模拟皮肤构件，所述皮肤温度检测单元配置在电子皮肤部件与皮肤温度调节机构之间，具有能够检测皮肤温度的结构；所述皮肤温度调节机构包括加热单元和冷却单元能够调节皮肤温度；所述温度输入单元用来预设用户输入的目标温度，所述控制单元根据皮肤温度检测单元检测出的皮肤温度和温度输入单元用户输入的目标温度对比，由皮肤温度调节机构进行调整至预设用户输入的目标温度；所述电子皮肤构件的材料为乙丙橡胶、氯丁橡胶或丁基橡胶。
上述技术方案中，所述皮肤温度检测单元包括热电偶、热通量传感器及热敏电阻。
上述技术方案中，所述加热单元布置在电子皮肤构件的下方。
上述技术方案中，所述加热单元下方布置有冷却单元。
上述技术方案中，所述冷却单元包括水冷散热器、泵和冷却机构。
上述技术方案中，皮肤温度调节机构的面积比电子皮肤构件大并延伸到电子皮肤构件的外侧。
与现有技术相比较，本发明有益的效果：（1）该机器人智能电子皮肤器件具有皮肤温度获取单元，该单元获取温度检测单元检测到的内表面温度，可以将内表面温度获取单元获取的内表面温度设定为预设的目标温度，还可以设置用于控制温度调节机构的控制单元，从而实现温度自动调节。（2）控制单元还可以获取用户设置的目标温度，可以根据每个人温度感知差异设定温度。（3）内表面温度调节机构具有用于加热内表面的加热单元和用于冷却内表面的冷却单元。加热单元布置在冷却单元和电子皮肤构件之间，冷却单元包括水冷散热器。可以更准确地调节内表面温度，更准确地再现人体的皮肤温度特性。（4）机器人智能电子皮肤器件可以由乙丙橡胶、氯丁橡胶和丁基橡胶中的至少一种形成，可以再现皮肤的热导率和弹性模量，更准确地再现人体的皮肤温度特性。
附图说明
图1是示出根据本技术实施例的机器人智能电子皮肤器件的配置示例的框图；
图2是表示皮肤温度调节机构的具体结构的示意图；
图3是表示机器人智能电子皮肤器件皮肤温度控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限此。
如图1所示，一种机器人智能电子皮肤器件，包括电子皮肤构件11、皮肤温度检测单元12、皮肤温度调节机构13、控制单元14和温度输入单元15，所述电子皮肤器件11为具有外表面和内表面的片状模拟皮肤构件，所述皮肤温度检测单元12配置在电子皮肤部件11与皮肤温度调节机构13之间，具有能够检测皮肤温度的结构；所述皮肤温度调节机构13包括加热单元20和冷却单元21能够调节皮肤温度；所述温度输入单元15用来预设用户输入的目标温度，所述控制单元14根据皮肤温度检测单元12检测出的皮肤温度和温度输入单元15用户输入的目标温度对比，由皮肤温度调节机构13进行调整至预设用户输入的目标温度；所述电子皮肤构件11的材料为乙丙橡胶、氯丁橡胶或丁基橡胶。
作为形成电子皮肤构件11的材料，优先选择更接近人体皮肤的材料。具体地，电子皮肤构件11优选为弹性体，其外表面具有与人体皮肤弹性模量相当的弹性模量。此外，电子皮肤构件11优选具有与人体皮肤相同热特性的材料。
具体而言，作为具有接近人体皮肤的热特性的电子皮肤构件11，例如，使用具有接近人体皮肤热阻值的材料。当皮肤的热导率为0.25[W/mK]，皮肤的厚度为5.4[mm]，与人体接触的面积时，皮肤的厚度方向的热阻值为34.6[mK/W]。电子皮肤构件11，达到稳定状态，进行严格测量时，选择电子皮肤构件11，使允许稳态误差在±1℃以内，电子皮肤构件11的热阻值在30.3～38.8[mK/W]以内。
人体皮肤的杨氏模量为4.2×105[Pa]至8.5×105[Pa]。选择接近人体皮肤的弹性体，例如，可以使用具有1.5×106[Pa]至5.0×106[Pa]杨氏模量材料。
基于以上所述，优选使用乙丙橡胶、氯丁橡胶或丁基橡胶作为具有接近人体皮肤的热特性和弹性模量的电子皮肤构件11。特别是在使用乙丙橡胶的情况下，厚度更优选为7.8[mm]。当使用氯丁二烯橡胶时，厚度更优选为5.4[mm]。当使用丁基橡胶时，厚度更优选为2.8[mm]。电子皮肤构件11可以是这些中的一种或两种以上的组合，或者可以是与其他材料的组合。
此外，电子皮肤构件11可以适当更换。取决于个体和皮肤部位的差异，并且可以根据每种情况评估皮肤温度特性。
皮肤温度检测单元12配置在电子皮肤部件11与皮肤温度调节机构13之间，具有能够检测皮肤温度的结构。该结构没有特别限定，例如可以使用热电偶、热通量传感器、热敏电阻等来实现。由皮肤温度检测单元12检测出的皮肤温度，在电子皮肤部件11外表面热传递和皮肤温度调节机构13热传递的影响下变动。
皮肤温度调节机构13能够调节由皮肤温度检测单元12检测出的皮肤温度。皮肤温度调节机构13能够使皮肤温度保持恒定。
图2是表示皮肤温度调节机构13的具体结构的示意图。皮肤温度调节机构13具有加热单元20和冷却单元21。可以准确地调节皮肤温度，更准确地再现皮肤温度特性。
加热单元20布置在图1的皮肤构件11下方。加热单元20的示例包括陶瓷加热器等。
冷却单元21布置在加热单元20下方。冷却单元21包括水冷散热器21a、泵21b和冷却机构21c。冷却单元21的构造，可以使皮肤温度被更精确地调节。
水冷散热器21a设置在加热单元20的下方与加热单元20接触。水冷散热器21a通过与水冷散热器21a内部流动的冷却水进行热交换来冷却皮肤温度。
泵21b构成为冷却水循环，能够调节冷却水的流量。通过改变冷却水的流量来调节放热量。
冷却机构21c可以是散热器，能够冷却由冷却水吸收的热量的器件，没有特别限定。
在人体中，人体皮肤温度是通过血管的扩张和收缩以及血流速度的变化来保持恒定的。在冷却单元21中，通过改变冷却水的流量来控制散热量，并且使皮肤温度保持恒定。因此，可以针对个体差异和皮肤部位的不同来使用，能够更准确和容易地再现皮肤温度特性。
皮肤温度调节机构13使用具有导热率高的热扩散板，从而可以有效地加热或冷却皮肤温度。作为热扩散板，例如，可以使用铜箔带或铝板。热扩散板可以设置在加热单元20上，也可以进一步设置在加热单元20和冷却单元21之间。
皮肤温度调节机构13可以使用用于粘合各结构的粘合剂。粘合部位可以设置在加热部20与上述热扩散板之间，可以根据需要适当设置。优选使用热导率高的结合部位。
在图2中，电子皮肤构件11、皮肤温度检测单元12、加热单元20和冷却单元21具有相同的平面形状，但不限于此。例如，皮肤温度调节机构13可以比电子皮肤构件11大并延伸到电子皮肤构件11的外侧。
温度输入单元15能够由用户输入目标温度。温度输入单元15，可以使用柔性触摸板等，没有特别限定。目标温度是根据人体的实际皮肤温度确定的。人体的皮肤温度例如为36.5℃。由于人体的皮肤温度因个体差异和皮肤部位而异，因此应根据每种情况输入目标温度。
控制单元14根据皮肤温度检测单元12检测出的皮肤温度和温度输入单元15输入的目标温度，由皮肤温度调节机构13进行调整。控制单元14包括输入温度获取单元16、皮肤温度获取单元17、皮肤温度调节参数计算单元18和皮肤温度调节参数控制单元19。
输入温度获取单元16取得由温度输入单元15输入的目标温度。
皮肤温度获取单元17取得皮肤温度检测单元12检测出的皮肤温度。
皮肤温度调节参数计算单元18计算皮肤温度调节参数以使皮肤温度成为目标温度。皮肤温度调节参数，例如：是用于调节皮肤温度调节机构13以使检测出的皮肤温度与目标温度之间的稳定偏差为0°C的参数。具体而言，皮肤温度调节参数例如是加热单元20的输出电压、冷却水的流量、用于调节流量的电量等。
皮肤温度调节参数控制单元19通过皮肤温度调节参数计算单元18计算出的皮肤温度调节参数来控制皮肤温度调节机构13。结果，由皮肤温度检测单元12检测到的皮肤温度保持恒定。这样，皮肤温度就自动调节了。
图3是表示机器人智能电子皮肤器件皮肤温度控制方法的流程图。
在S101中，用户通过温度输入单元15输入目标温度。
在S102中，控制单元14获得输入温度16取得由温度输入15输入的目标温度。
在S103中，皮肤温度检测单元12检测皮肤温度。
在S104中，控制单元14获取皮肤温度17取得皮肤温度检测单元12检测出的皮肤温度，S104和S102的顺序没有特别限制。
在S105中，皮肤温度调节参数计算单元18基于输入的目标温度和检测到的皮肤温度计算皮肤温度调节参数。
在S106中，皮肤温度调节参数控制单元19根据皮肤温度调节参数控制皮肤温度调节机构13，之后，返回S103，重复S103～S106。最终，皮肤温度保持在目标温度，可以再现人体的皮肤温度特性。
Claims (6)
1.一种机器人智能电子皮肤器件，包括电子皮肤构件（11）、皮肤温度检测单元（12）、皮肤温度调节机构（13）、控制单元（14）和温度输入单元（15），其特征在于，所述电子皮肤器件（11）为具有外表面和内表面的片状模拟皮肤构件，所述皮肤温度检测单元（12）配置在电子皮肤部件（11）与皮肤温度调节机构（13）之间，具有能够检测皮肤温度的结构；所述皮肤温度调节机构（13）包括加热单元（20）和冷却单元（21）能够调节皮肤温度；所述温度输入单元（15）用来预设用户输入的目标温度，所述控制单元（14）根据皮肤温度检测单元（12）检测出的皮肤温度和温度输入单元（15）用户输入的目标温度对比，由皮肤温度调节机构（13）进行调整至预设用户输入的目标温度；所述电子皮肤构件（11）的材料为乙丙橡胶、氯丁橡胶或丁基橡胶。
2.根据权利要求1所述的一种机器人智能电子皮肤器件，其特征在于，所述皮肤温度检测单元（12）包括热电偶、热通量传感器及热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的一种机器人智能电子皮肤器件，其特征在于，所述加热单元（20）布置在电子皮肤构件（11）的下方。
4.根据权利要求3所述的一种机器人智能电子皮肤器件，其特征在于，所述加热单元（20）下方布置有冷却单元（21）。
5.根据权利要求1所述的一种机器人智能电子皮肤器件，其特征在于，所述冷却单元（21）包括水冷散热器（21a）、泵（21b）和冷却机构（21c）。
6.根据权利要求1所述的一种机器人智能电子皮肤器件，其特征在于，皮肤温度调节机构（13）的面积比电子皮肤构件（11）大并延伸到电子皮肤构件（11）的外侧。
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