專利名稱：智能機器人的觸覺傳感服裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能機器人的觸覺傳感裝置，具體涉及到穿戴在智能機器人身上的觸覺傳感裝置。
背景技術(shù)：
在一些涉及人體的沖撞試驗(例如，載人汽車的沖撞試驗)中、或者其他可能對人體造成傷害的有接觸壓力的試驗中，為避免真人的身體受到傷害，人們往往會利用具有相應感知能力的智能機器人來代替人體進行試驗。為此，人們要在智能機器人的相關(guān)部位上安裝若于感應壓力大小的觸覺傳感裝置。通過這些觸覺傳感裝置，檢測出人體可能受到?jīng)_撞的部位和對這些部位的沖撞力的大小，從而為改進產(chǎn)品(例如，載人汽車)的設(shè)計提供依據(jù)。在迄今為止提出的智能機器人觸覺傳感方法及其裝置中，有的利用PVDF膜壓電效應獲得電信號、有的利用超聲波或壓力引起電容變化而獲得電信號、還有利用機械開關(guān)、光波導等來獲得電信號。在現(xiàn)有的這些傳感方法及其裝置中，有兩個共同的不足一是這些傳感裝置中的觸覺敏感單元的成本較高，若要對人體所有需要關(guān)心的部位均對應地安裝上這些傳感裝置中的觸覺敏感單元的話，就必須增加很多相同或不同的觸覺敏感單元。這樣一來，其試驗成本就大幅度地增加了。所以，現(xiàn)有的觸覺傳感裝置的觸覺感應部分的面積均太小。若把成本放在次要位置、用增加現(xiàn)有的觸覺敏感單元的數(shù)量來增大相應的觸覺感應部分面積的話，第二個不足是該較大面積的觸覺感應部分的柔韌性又比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低廉、觸覺感應部分的面積大、具有很好的柔韌性、并且可以穿戴在智能機器人身上的觸覺傳感裝置。
實現(xiàn)所述發(fā)明目的的是，一種智能機器人的觸覺傳感服裝。該觸覺傳感服裝由可以穿戴在智能機器人身上的服裝本身和安置在該服裝上的觸覺傳感裝置構(gòu)成。其中的觸覺傳感裝置包括各電極觸點一一對應的、其中一個的電極觸點為行排列陣列而另一個為列排列陣列的上下兩塊薄膜電極板；在靠近機器人身體的下薄膜電極板的每一電極觸點上通過導電粘接劑粘貼有一塊厚度相等的具有壓阻特性的導電橡膠，即以該導電橡膠為核心構(gòu)成一個觸覺敏感單元；在兩塊薄膜電極板之間襯墊有一塊其上有與導電橡膠對應的孔眼、且該孔眼把各導電橡膠套住并把相鄰的導電橡膠隔開的、其厚度比導電橡膠的厚度厚0.05mm～0.10mm的絕緣薄膜隔襯。兩薄膜電極板的引出線經(jīng)由接線頭引出后，再與后端處理系統(tǒng)相聯(lián)接。
進一步的特征是，在所述上下兩塊薄膜電極板的外側(cè)分別有其材料為防水布、塑料薄膜或橡膠皮的保護層；下保護層、下薄膜電極板、絕緣薄膜隔襯、上薄膜電極板和上保擴層依次由柔性膠粘貼在一起；所述的導電橡膠是通過環(huán)氧導電膠粘貼在下薄膜電極扳的各個電極觸點上的。
更進一步的特征是，所述的保護層同時也是制作機器人服裝的材料。其中，上保護層為該服裝的面料、下保護層為該服裝的里襯；起碼在該服裝的各裁片的縫頭寬度范圍內(nèi)，僅有重疊在一起的下保護層和上保護層。
在進行接觸壓力(或沖撞)試驗時，首先是兩塊薄膜電極板在其受壓處壓縮夾在它們之間的絕緣薄膜隔襯，在繼續(xù)壓縮該絕緣薄膜隔襯而使得上薄膜電極板的電極觸點接觸到對應的導電橡膠后，該導電橡膠就把上下兩個電極觸點導通了。這樣，就可以通過導通的行列式陣列電極觸點的點位和點數(shù)，測出該智能機器人受壓的位置和面積；通過導電橡膠的壓阻特性(當導電橡膠所受的壓力慢慢變大時，其體積隨之慢慢變小，等效于內(nèi)部導電顆粒的濃度增大，從而導電橡膠的電阻變小。該特性在對數(shù)坐標中上是按一定規(guī)律變化的曲線，而且對于某一有指定導電顆粒的導電橡膠，其壓阻特性曲線也隨之確定)，就可以測出該智能機器人在各受壓處所受壓力的大小。從而取得該智能機器人受壓的全部觸覺信息。
與現(xiàn)有的觸覺傳感裝置相比較，作為觸覺敏感單元核心的導電橡膠的成本是相對低廉的一類，又由于本發(fā)明各層所用的材料均是有程度不同柔軟性的薄膜，所以，不但因所用材料的成本比較低廉、僅從成本方面考慮也允許把服裝上的觸覺傳感裝置的總面積做得較大，而且，還可以把該觸覺傳感服裝做得與智能機器人身上的曲線十分貼合。因此，本發(fā)明具有成本低廉、檢測面積(即觸覺感應的面積)大、測試靈敏度高、有很好的柔韌性的優(yōu)點。結(jié)合所述的進一步特征，本性發(fā)明還有耐磨損、受沖擊時不易損壞，可像縫制人體服裝一樣根據(jù)智能機器人的形體進行剪裁和縫制(或粘接)加工，穿戴于智能機器人身上能感知外力及接觸物外形輪廓等優(yōu)點；與相應的后端處理系統(tǒng)相配合，本智能機器人服裝的觸覺分辨率還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1——本發(fā)明的一個觸覺敏感單元的剖面示意2——一種8×8陣列的本發(fā)明中的上薄膜電極板圖3——與圖2對應的下薄膜電極板圖4——一種3×4陣列的本發(fā)明的分解示意5——本發(fā)明的一件智能機器人衣服裁片的示意圖具體實施方式
一種智能機器人的觸覺傳感服裝(參考圖1、2、3、4)。該觸覺傳感服裝由可以穿戴在智能機器人身上的服裝本身和安置在該服裝上的觸覺傳感裝置構(gòu)成。該觸覺傳感裝置包括各電極觸點一一對應的、其中一個的電極觸點為行排列陣列而另一個為列排列陣列的上下兩塊薄膜電極板(2、3)；這兩塊薄膜電極板(2、3)可用現(xiàn)有的各種材料和工藝制作。在靠近機器人身體的下薄膜電極板2(本案稱靠近機器人身體的薄膜電極板為下薄膜電極板2、離機器人身體較遠的為上薄膜電極板3)的每一電極觸點上通過導電粘接劑粘貼有一塊厚度相等的具有壓阻特性的導電橡膠20；在兩塊薄膜電極板(2、3)之間襯墊有一塊其上有與導電橡膠對應的20孔眼231、且該孔眼231把各導電橡膠20套住并把相鄰的導電橡膠20隔開的、其厚度比導電橡膠20的厚度厚0.05mm～0.10mm的絕緣薄膜隔襯23。顯然，所說的導電粘接利可用現(xiàn)有的、同時也滿足選用者的其他要求的導電粘接劑。所述行列式陣列電極觸點的數(shù)量以及疏密程度可以根據(jù)對測試結(jié)果的要求、相應的后端處理系統(tǒng)的性能等因素確定。既可以把服裝上的觸覺傳感裝置做成觸覺敏感單元(即只包括一個導電橡膠20)的陣列數(shù)量相對較多、每一塊觸覺傳感裝置面積較大的觸覺傳感服裝；也可以做成觸覺敏感單元的陣列數(shù)量相對較少、每一塊觸覺傳感裝置面積較小的觸覺傳感服裝，更可以根據(jù)需要，做成各塊觸覺傳感裝置面積大小不等的觸覺傳感服裝。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員看了上一自然段披露的內(nèi)容和相應的說明后，已能正確地實現(xiàn)本發(fā)明了。故把上一自然段披露的具體實施方式
作為以下各例的總述，在以下各例中與本總述相同的內(nèi)容不贅述。
實施例1本例是在具體實施方式
總述的基礎(chǔ)上，針對薄膜電極板的制作和導電橡膠20材料的進一步舉例(參考圖2、3、4)。在本例中，薄膜電極板是在PB塑料薄膜上單面印刷銀漿而構(gòu)成相應的行列式陣列電極觸點的(鑒于印刷銀漿的具體工藝已為公知公用的技術(shù)，故在本例中不進一步介紹)。本例的導電橡膠20內(nèi)的導電顆粒為玻璃球鍍銀。顯然，導電橡膠20內(nèi)的導電顆粒也可以是鋁鍍銀的或者炭黑式的——根據(jù)材料來源和/或其他的要求選用。
實施例2本部分是在具體實施方式
總述或者實施例1的基礎(chǔ)上，針對導電橡膠20和絕緣薄膜隔襯23的幾何形狀及其進一步特征的介紹(參考圖1、4)。具體是，各塊導電橡膠20為圓餅狀，絕緣薄膜隔襯23上套住它們的孔眼231為圓孔，在該導電橡膠20與孔眼231之間最少有當導電橡膠20與絕緣薄膜隔襯23均被壓至最薄時、兩者間仍不會發(fā)生刮擦的間隙。也就是說，當導電橡膠20在受壓的狀態(tài)下，引起其電阻值變化的壓縮量不會受到絕緣薄膜隔襯23的干擾，提高了本發(fā)明的準確性和可靠性。在上薄膜電極板3的各電極觸點處有向內(nèi)凹而其相反面向外凸出的鼓泡31(采用公知的熱壓鼓泡技術(shù))，該電極觸點在內(nèi)凹部分的中心、該中心處的深度為0.05mm～0.10mm，該內(nèi)凹部分的邊沿直徑不小于對應的絕緣薄膜隔襯23上的孔眼231。顯然，有了該鼓泡31結(jié)構(gòu)后，更能徹底杜絕偽觸覺信號的出現(xiàn)，進一步地提高了本發(fā)明的準確性和可靠性。
作為具體實例，各塊導電橡膠20的直徑取7mm、厚度取0.7mm；對應的絕緣薄膜隔襯23的厚度取0.8mm、該絕緣薄膜隔襯23上的每一孔眼231與對應的導電橡膠20間的平均間隙為0.1mm(即該孔眼231的直徑為7.2mm)。在上薄膜電極板3的鼓泡31在其內(nèi)凹一側(cè)的中心深度為0.05mm、該內(nèi)凹部分的邊沿直徑為7.2mm～8.0mm(平均直徑取7.5mm)。
當然，綜合考慮(或說平衡)靈敏度和準確性、可靠性的關(guān)系，或者在考慮某些特殊的側(cè)重要求后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員僅通過常規(guī)的實驗或試驗，完全能夠重新選擇出滿足相關(guān)要求的導電橡膠20與絕緣薄膜隔襯23的厚度差和鼓泡31內(nèi)凹中心深度值的。故在本具體實施方式
中不過多地為此舉例。
實施例3本例是在具體實施方式
總述、實施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上，為提高本發(fā)明的耐用性和進一步提高可靠性而作的補充改進(參考圖1、4)。在上下兩塊薄膜電極板(2、3)的外側(cè)分別有其材料為防水布、塑料薄膜或橡膠皮的保護層(本例用防水布)。下保護層1、下薄膜電極板2、絕緣薄膜隔襯23、上薄膜電極板3和上保護層4依次由柔性膠粘貼在一起。所說的柔性膠是指，該粘膠固化、凝結(jié)后仍具有一定柔軟性的粘膠(例如氯丁膠一類的粘膠)。這樣一來，在粘接材料方面也確保了本智能機器人的觸覺傳感服裝具有一定的柔軟性了。
在本例中，導電橡膠20是通過環(huán)氧導電膠粘貼在下薄膜電極板2的各個電極觸點上的。
實施例4本例是在實施例3的基礎(chǔ)上，為簡化設(shè)計而作的進一步改進(參考圖1、4、5)。在本例中，保護層同時也是制作機器人服裝的材料。其中，上保護層4為該服裝的面料、下保護層1為該服裝的里襯；起碼在該服裝的各裁片的縫頭14寬度范圍內(nèi)，僅有重疊在一起的下保護層1和上保護層4——也就是說，在裁片縫頭14的寬度范圍內(nèi)的下保護層1和上保護層4之間沒有觸覺傳感裝置。換言之，本例的智能機器人的觸覺傳感服裝具有以下保護層1為里襯、上保護層4為面料，中間夾有上下兩塊薄膜電極板(2、3)的電極層和夾在這兩電極層之間的其孔眼231中有導電橡膠20(觸覺敏感單元)的絕緣薄膜隔襯23(隔離層)的多層結(jié)構(gòu)。
在上述的總述部分或各實施例中，在制作智能機器人服裝時，用剪裁縫制人體服裝相同的方法，先把服裝料剪裁成適合相應智能機器人身體的裁片——圖5是以衣服裁片為例繪制的，圖中雙點劃線框表示觸覺傳感裝置布置在服裝中的區(qū)域141，在智能機器人的各處關(guān)節(jié)，可用現(xiàn)有的觸覺傳感裝置、也可用本發(fā)明——只是需把相應的傳感裝置的觸覺敏感單元的陣列數(shù)量取少一些；然后根據(jù)各裁片的大小(結(jié)合相應的后端處理系統(tǒng))確定觸覺傳感裝置的塊數(shù)和每一塊觸覺傳感裝置的觸覺敏感單元的陣列數(shù)量(圖2、圖3以8×8陣列為例，相對準確地繪出的；圖4以3×4陣列為例而示意繪出的)；接著再把各個大小相等或不相等的觸覺傳感裝置粘夾在裁片縫頭所包圍的相應區(qū)域141內(nèi)；最后再把各個裁片拼攏、縫制或粘接為服裝。若采用縫制的辦法，在縫制時需特別小心，因為各觸覺敏感單元及電極板上的布線之間的距離都很近，特別注意不要出現(xiàn)短路和斷路現(xiàn)象。另外還要考慮各塊的引出接頭的分布，使之便于匯總連線且不易折斷。
本案
具體實施例方式
中聯(lián)接的所述“后端處理系統(tǒng)”是由美國NI公司生產(chǎn)的PCI-6259高精度數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW7.0開發(fā)平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)；兩薄膜電極板的引出線接頭用市售的543-10的接線頭引出，再與該后端處理系統(tǒng)聯(lián)接。
權(quán)利要求
1.智能機器人的觸覺傳感服裝，該觸覺傳感服裝由可以穿戴在智能機器人身上的服裝本身和安置在該服裝上的觸覺傳感裝置構(gòu)成，其特征在于，所述觸覺傳感裝置包括各電極觸點一一對應的、其中一個的電極觸點為行排列陣列而另一個為列排列陣列的上下兩塊薄膜電極板(2、3)；在靠近機器人身體的下薄膜電極板(2)的每一電極觸點上通過導電粘接劑粘貼有一塊厚度相等的具有壓阻特性的導電橡膠(20)，在兩塊薄膜電極板(2、3)之間襯墊有一塊其上有與導電橡膠對應的(20)孔眼(231)、且該孔眼(231)把各導電橡膠(20)套住并把相鄰的導電橡膠(20)隔開的、其厚度比導電橡膠(20)的厚度厚0.05mm～0.10mm的絕緣薄膜隔襯(23)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，所述薄膜電極板是在PB塑料薄膜上單面印刷銀漿而構(gòu)成相應的行列式陣列電極觸點的；所述導電橡膠(20)內(nèi)的導電顆?？梢允遣Ａ蝈冦y的、鋁鍍銀的或者炭黑式的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，所述的各塊導電橡膠(20)為圓餅狀，絕緣薄膜隔襯(23)上套住它們的孔眼(231)為圓孔，在該導電橡膠(20)與孔眼(231)之間起碼有當導電橡膠(20)與絕緣薄膜隔襯(23)均被壓至最薄時、兩者間仍不會發(fā)生刮擦的間隙；在所述的上薄膜電極板(3)的各電極觸點處有向內(nèi)凹而其相反面向外凸出的鼓泡(31)，該電極觸點在內(nèi)凹部分的中心、該中心處的深度為0.05mm～0.10mm，該內(nèi)凹部分的邊沿直徑不小于對應的絕緣薄膜隔襯(23)上的孔眼(231)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，所述的各塊導電橡膠(20)的直徑為7mm、厚度為0.7mm；所述絕緣薄膜隔襯(23)的厚度為0.8mm、該絕緣薄膜隔襯(23)上的每一孔眼(231)與對應的導電橡膠(20)間的平均間隙為0.1mm；所述鼓泡(31)在內(nèi)凹一側(cè)的中心深度為0.05mm、該內(nèi)凹部分的邊沿直徑為7.2mm～8.0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，在所述上下兩塊薄膜電極板(2、3)的外側(cè)分別有其材料為防水布、塑料薄膜或橡膠皮的保護層；下保護層(1)、下薄膜電極板(2)、絕緣薄膜隔襯(23)、上薄膜電極板(3)和上保護層(4)依次由柔性膠粘貼在一起；所述的導電橡膠(20)是通過環(huán)氧導電膠粘貼在下薄膜電極板(2)的各個電極觸點上的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，在所述上下兩塊薄膜電極板(2、3)的外側(cè)分別有其材料為防水布、塑料薄膜或橡膠皮的保護層；下保護層(1)、下薄膜電極板(2)、絕緣薄膜隔襯(23)、上薄膜電極板(3)和上保護層(4)依次由柔性膠粘貼在一起；所述的導電橡膠(20)是通過環(huán)氧導電膠粘貼在下薄膜電極板(2)的各個電極觸點上的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，在所述上下兩塊薄膜電極板(2、3)的外側(cè)分別有其材料為防水布、塑料薄膜或橡膠皮的保護層；下保護層(1)、下薄膜電極板(2)、絕緣薄膜隔襯(23)、上薄膜電極板(3)和上保護層(4)依次由柔性膠粘貼在一起；所述的導電橡膠(20)是通過環(huán)氧導電膠粘貼在下薄膜電極板(2)的各個電極觸點上的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，所述的保護層同時也是制作機器人服裝的材料；所述上保護層(4)為該服裝的面料、所述下保護層(1)為該服裝的里襯，起碼在該服裝的各裁片的縫頭(14)寬度范圍內(nèi)，僅有重疊在一起的下保護層(1)和上保護層(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，所述的保護層同時也是制作機器人服裝的材料；所述上保護層(4)為該服裝的面料、所述下保護層(1)為該服裝的里襯，起碼在該服裝的各裁片的縫頭(14)寬度范圍內(nèi)，僅有重疊在一起的下保護層(1)和上保護層(4)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能機器人的觸覺傳感服裝，其特征在于，所述的保護層同時也是制作機器人服裝的材料；所述上保護層(4)為該服裝的面料、所述下保護層(1)為該服裝的里襯，起碼在該服裝的各裁片的縫頭(14)寬度范圍內(nèi)，僅有重疊在一起的下保護層(1)和上保護層(4)。
全文摘要
一種智能機器人的觸覺傳感服裝。它由穿戴在智能機器人身上的服裝本身和安置在該服裝上的觸覺傳感裝置構(gòu)成。其觸覺傳感裝置包括各電極觸點一一對應的、其中一個的電極觸點為行排列陣列而另一個為列排列陣列的上下兩塊薄膜電極板。在下薄膜電極板的每一電極觸點上通過導電粘接劑粘貼有一塊厚度相等的具有壓阻特性的導電橡膠；在兩塊薄膜電極板之間襯墊有一塊其上有與導電橡膠對應的孔眼、該孔眼把各導電橡膠套住并把相鄰的分隔開的、具厚度比導電橡膠的厚度厚0.05mm～0.10mm的絕緣薄膜隔襯。進一步講，該觸覺傳感裝置還有同時也可作機器人服裝材料的保護層。本發(fā)明具有成本低廉、檢測面積大、測試靈敏度高；很好的柔韌性、受沖擊時不易損壞的優(yōu)越性。
文檔編號G01M7/00GK1940513SQ20051005731
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者秦嵐, 李青, 潘英俊, 孫先逵, 劉穎 申請人:重慶大學