本發(fā)明涉及傳感器，尤其涉及一種多維感知驅(qū)動器、識別方法、觸覺交互系統(tǒng)及應用。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有機器人觸覺傳感系統(tǒng)主要依賴電容傳感器、光學傳感器和壓電傳感器等多種技術(shù)。然而，這些傳感器在復雜多變的接觸環(huán)境中，往往存在靈敏度不足、適應性差、成本高等問題。近年來，隨著軟材料和仿生技術(shù)的發(fā)展，柔性觸覺傳感器因其良好的柔順性和共形性，在機器人、遙操作和醫(yī)療等領(lǐng)域顯示出廣闊的應用前景。然而，當前的柔性觸覺傳感系統(tǒng)在多維度(如切向力、法向力)信息檢測和測量方面仍存在挑戰(zhàn)，如檢測方法復雜、解耦存在誤差、加工困難等問題。

2、因此現(xiàn)有觸覺傳感器目前存在以下技術(shù)問題亟待解決：

3、1.剛性傳感器在柔順行、共形性上存在一定的不足；

4、2.柔性傳感器多為壓力傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)多維檢測的柔性傳感器往往存在解耦復雜、信號易被干擾、準確性較差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服或緩解以上一個或多個技術(shù)問題，本發(fā)明目的是提供一種一種多維感知驅(qū)動器、識別方法、觸覺交互系統(tǒng)及應用。

2、本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種多維感知驅(qū)動器，其從上而下依次包括電阻傳感層(100)、電容傳感器(200)以及限制層(300)；所述電阻傳感層(100)用于感知力的方向，其從上而下依次包括第一薄膜層(101)、若干在各個方向分布的柔性電阻傳感器(102)、第二薄膜層(103)和氣體通道層(104)，所述氣體通道層(104)中間設有通孔，所述通孔朝外設有缺口，形成氣體通道；所述電容傳感層(200)用于感知力的大小，其從上而下依次包括為第一柔性電極(201)、第一介電層(202)、第二介電層(203)、第三介電層(204)、第二柔性電極(205)，所述第二介電層(203)中間設置通孔，通孔朝外設有缺口，形成氣體通道；所述限制層(300)用于限制所述氣體通道層(104)和所述第二介電層(203)的變形。

4、根據(jù)一些實施方式，制造所述柔性電阻傳感器(102)的材質(zhì)選自液態(tài)金屬或可拉伸柔性電阻。

5、根據(jù)一些實施方式，制造所述第一薄膜層(101)和第二薄膜層(103)的材料均選自pdms或彈性薄膜材質(zhì)。

6、根據(jù)一些實施方式，制造所述第一柔性電極(201)和第二柔性電極(205)的材質(zhì)均選自導電織布；制造所述第一、第三介電層的材質(zhì)選自可提高介電常數(shù)的復合材料；所述第二介電層的材質(zhì)選自pdms或彈性薄膜材質(zhì)。

7、根據(jù)一些實施方式，所述可提高介電常數(shù)的復合材料選自pdms和碳納米管混合材料。

8、根據(jù)一些實施方式，所述限制層(300)的材質(zhì)選自聚酰亞胺材料。

9、第二方面，本發(fā)明提供了一種根據(jù)上述多維感知驅(qū)動器識別物體的識別方法，其特征在于：包括以下步驟：

10、s1:通過控制機械臂運動將所述多維感知驅(qū)動器定位至目標物體的表面；

11、s2:通過外部氣源裝置調(diào)整所述多維感知驅(qū)動器的所述柔性電阻傳感器(102)的氣壓至達到預設值po，開始記錄co，ro1～ro4；

12、s3:將所述多維感知驅(qū)動器沿目標物體表面從一端移動至另一端，即對目標物體表面進行縱向掃描，在此過程中，連續(xù)記錄自所述電容傳感層(200)獲得的電容信號以及自電阻傳感層(100)獲得的電阻信號；

13、s4:對具有不同紋理特征的多個目標物體重復感知測試過程，獲得包含多種紋理特征的綜合電信號數(shù)據(jù)集；

14、s5:基于所述綜合電信號數(shù)據(jù)集及其對應的目標物體的紋理類型，通過機器學習對目標物體的紋理特征進行分類分析，實現(xiàn)對不同紋理特征的目標物體的識別與分類。

15、第三方面，本發(fā)明提供了一種觸覺交互系統(tǒng)，其包括分別位于遠端和近端的如權(quán)利要求1～5任一所述多維感知驅(qū)動器、信號處理模塊、控制模塊和氣源模塊，所述信號處理模塊用于對遠端的所述多維感知驅(qū)動器傳回的信號進行濾波處理、特征提取和解耦計算；所述控制模塊用于控制遠端多維感知驅(qū)動器的運動和所述氣源模塊的對近端的所述多維感知驅(qū)動器的加壓。

16、根據(jù)一些實施方式，其還包括加熱模塊，所述控制模塊控制所述加熱模塊控制近端所述多維感知驅(qū)動器的電阻傳感器進行溫度調(diào)控。

17、第四方面，本發(fā)明提供了上述多維感知驅(qū)動器在機器人觸覺感知或電子皮膚上的應用。

18、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具備以下有益效果：

19、1)本發(fā)明提供的多維感知驅(qū)動器可進行多維信息檢測：通過在位于表層的電阻傳感層添加四個柔性電阻傳感器，實現(xiàn)對不同接觸力方向(切向力)的檢測；結(jié)合電阻傳感器和電容傳感器的數(shù)據(jù)，通過多維數(shù)據(jù)融合能夠?qū)崿F(xiàn)更準確地壓力檢測，避免其他條件干擾，提高感知精度壓力。

20、2)本發(fā)明提供的多維感知驅(qū)動器的電阻傳感層高度可調(diào)：通過外界氣壓可以實現(xiàn)表層高度調(diào)節(jié)，即電阻傳感器高度可調(diào)，在此基礎(chǔ)上具有以下優(yōu)勢：

21、(1)避免過度接觸而產(chǎn)生的機械碰撞風險；(2)避免間隙接觸而導致信息丟失；

22、3)本發(fā)明的柔性電阻傳感器采用銀漿或液態(tài)金屬通過直寫技術(shù)打印，柔性電阻傳感器制作簡單成本較低，便于實現(xiàn)和推廣應用，具有良好的柔韌性、共形性和耐用性，可以安裝在機器人不同位置，能夠幫助機器人對環(huán)境及目標實現(xiàn)更加全面的感知；

23、4)在人機交互場景中，當該驅(qū)動器為觸覺反饋驅(qū)動器為用戶提供觸覺反饋時，可以通過對不同電阻加熱實現(xiàn)對切向力方向的提示，同時可以通過調(diào)節(jié)氣壓實現(xiàn)力反饋，實現(xiàn)多維度反饋，提高操作者操作過程中的沉浸感與真實感；

24、本發(fā)明在機器人觸覺感知和電子皮膚領(lǐng)域具有重要的研究價值和應用前景。

技術(shù)特征：

1.一種多維感知驅(qū)動器，其特征在于：從上而下依次包括電阻傳感層(100)、電容傳感器(200)以及限制層(300)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多維感知驅(qū)動器，其特征在于：制造所述柔性電阻傳感器(102)的材質(zhì)選自液態(tài)金屬或可拉伸柔性電阻。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述多維感知驅(qū)動器，其特征在于：制造所述第一薄膜層(101)和第二薄膜層(103)的材料均選自pdms或彈性薄膜材質(zhì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述多維感知驅(qū)動器，其特征在于：制造所述第一柔性電極(201)和第二柔性電極(205)的材質(zhì)均選自導電織布；制造所述第一、第三介電層的材質(zhì)均選自可提高介電常數(shù)的復合材料；所述第二介電層的材質(zhì)選自pdms或彈性薄膜材質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述多維感知驅(qū)動器，其特征在于：所述可提高介電常數(shù)的復合材料選自pdms和碳納米管混合材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述多維感知驅(qū)動器，其特征在于：所述限制層(300)的材質(zhì)選自聚酰亞胺材料。

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1～6任一所述多維感知驅(qū)動器識別物體的識別方法，其特征在于：包括以下步驟：

8.一種觸覺交互系統(tǒng)，其特征在于，包括分別位于遠端和近端的如權(quán)利要求1～6任一所述多維感知驅(qū)動器、信號處理模塊、控制模塊和氣源模塊，所述信號處理模塊用于對遠端的所述多維感知驅(qū)動器傳回的信號進行濾波處理、特征提取和解耦計算；所述控制模塊用于控制遠端多維感知驅(qū)動器的運動和所述氣源模塊的對近端的所述多維感知驅(qū)動器的加壓。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述觸覺交互系統(tǒng)，其特征在于，還包括加熱模塊，所述控制模塊控制所述加熱模塊控制近端所述多維感知驅(qū)動器的電阻傳感器進行溫度調(diào)控。

10.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一所述多維感知驅(qū)動器在機器人觸覺感知或電子皮膚上的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種多維感知驅(qū)動器、識別方法、觸覺交互系統(tǒng)及應用，感知驅(qū)動器包括電阻傳感層、電容傳感器和限制層；電阻傳感層用于感知力的方向，其包括第一薄膜層、若干在各個方向分布的柔性電阻傳感器、第二薄膜層和氣體通道層；電容傳感層用于感知力的大小，其從上而下依次包括為第一柔性電極、第一介電層、第二介電層、第三介電層、第二柔性電極，第二介電層中間設置通孔，通孔朝外設有缺口，形成氣體通道；限制層用于限制氣體通道層和第二介電層的變形。本發(fā)明通過在位于表層的電阻傳感層添加多個柔性電阻傳感器，實現(xiàn)對不同接觸力方向的檢測；通過多維數(shù)據(jù)融合更準確地進行壓力檢測，避免干擾，提高感知精度。

技術(shù)研發(fā)人員：趙良玉,于猛,陳南華,程祥,彭世剛,劉夢月,王鵬飛
受保護的技術(shù)使用者：北京理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9