基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器及機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器及機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，該觸覺傳感器包括：至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)；其中，摩擦發(fā)電機(jī)包括：依次層疊設(shè)置的第一電極層，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極層；其中，摩擦發(fā)電機(jī)相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成摩擦界面，當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)上時(shí)，摩擦界面相互摩擦，摩擦發(fā)電機(jī)輸出與外力對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào)；第一電極層和第二電極層構(gòu)成摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器及機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度及精確度高。
【專利說明】
基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器及機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器及機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)并逐漸進(jìn)入了人們的日常生活。傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使機(jī)器人日趨智能化，逐漸具備了視覺、觸覺和聽覺能力。觸覺能夠使機(jī)器人準(zhǔn)確獲知物體的形狀，大小等情況，從而確定適當(dāng)?shù)氖叭×Χ龋ＷC被拾取物體不被損壞，也確保機(jī)器人自身的安全。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)器人大多基于壓力傳感器、壓電元件、接觸電極等實(shí)現(xiàn)觸覺感知，但這些傳感器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈敏度低，精確度低等不足，對(duì)于外力改變時(shí)有較大的非線性、輸出的信號(hào)也較弱。因此，基于此類壓力傳感器、壓電元件、接觸電極的機(jī)器人在觸覺反應(yīng)方面會(huì)存在反應(yīng)慢、判斷失誤等情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器及機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈敏度低，精確度低等問題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，包括:至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī);其中，摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極層;其中，摩擦發(fā)電機(jī)相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成摩擦界面，當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)上時(shí)，摩擦界面相互摩擦，摩擦發(fā)電機(jī)輸出與外力對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào);第一電極層和第二電極層構(gòu)成摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0006]進(jìn)一步，還包括:至少一個(gè)微動(dòng)加強(qiáng)層，設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，用于加強(qiáng)摩擦發(fā)電機(jī)在感應(yīng)外力作用時(shí)所輸出的壓力電信號(hào)。
[0007]進(jìn)一步，第一高分子聚合物絕緣層與第二電極層相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成摩擦界面；微動(dòng)加強(qiáng)層設(shè)置在第一電極層和第一高分子聚合物絕緣層之間。
[0008]進(jìn)一步，摩擦發(fā)電機(jī)還包括:第二高分子聚合物絕緣層;第二高分子聚合物絕緣層設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層和第二電極層之間；其中，第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成摩擦界面；
[0009]微動(dòng)加強(qiáng)層設(shè)置在第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間。
[0010]進(jìn)一步，摩擦發(fā)電機(jī)還包括:第二高分子聚合物絕緣層和居間薄膜層;第二高分子聚合物絕緣層層疊設(shè)置在第二電極層上，居間薄膜層設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層之間；其中，第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層、和/或居間薄膜層與第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成摩擦界面；[0011 ]微動(dòng)加強(qiáng)層設(shè)置在第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層之間；和/或，設(shè)置在居間薄膜層與第二高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間。
[0012]進(jìn)一步，摩擦發(fā)電機(jī)還包括:第二高分子聚合物絕緣層和居間電極層;第二高分子聚合物絕緣層層疊設(shè)置在第二電極層上，居間電極層設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層之間；其中，第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層、和/或居間電極層與第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成摩擦界面，第一電極層和第二電極層相連后與居間電極層構(gòu)成摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端；
[0013]微動(dòng)加強(qiáng)層設(shè)置在第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層之間；和/或，設(shè)置在居間電極層與第二高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間。
[0014]進(jìn)一步，第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、第二電極層、居間薄膜層、居間電極層均為柔性材料。
[0015]進(jìn)一步，構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面中的至少一個(gè)面上設(shè)有凸起陣列。
[0016]進(jìn)一步，凸起陣列為菱形排布。
[0017]進(jìn)一步，微動(dòng)加強(qiáng)層為平板結(jié)構(gòu)或?yàn)殛嚵虚_設(shè)有幾何形狀通孔的鏤空結(jié)構(gòu)。
[0018]進(jìn)一步，微動(dòng)加強(qiáng)層的材料為塑料或橡膠。
[0019]進(jìn)一步，多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)以并聯(lián)和/或串聯(lián)的方式連接，其中，多個(gè)并聯(lián)和/或串聯(lián)方式連接的摩擦發(fā)電機(jī)通過平鋪方式和/或?qū)盈B方式設(shè)置。
[0020]進(jìn)一步，還包括:在摩擦發(fā)電機(jī)外圍依次層疊包覆的絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層;其中，絕緣層，用于防止摩擦發(fā)電機(jī)與屏蔽層相互接觸，減少壓力電信號(hào)的損耗;屏蔽層，用于屏蔽外界電磁干擾，以保護(hù)摩擦發(fā)電機(jī)輸出的壓力電信號(hào);保護(hù)層，用于密封保護(hù)摩擦發(fā)電機(jī)，防止摩擦發(fā)電機(jī)在外力作用下受到損傷。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，包括上述的觸覺傳感器，還包括:信號(hào)采集模塊、中央控制模塊和電源模塊;其中，觸覺傳感器用于感應(yīng)作用在其上的外力，輸出與外力對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào);信號(hào)采集模塊與觸覺傳感器相連，用于采集處理觸覺傳感器輸出的壓力電信號(hào)；中央控制模塊與信號(hào)采集模塊相連，用于根據(jù)信號(hào)采集模塊輸出的壓力電信號(hào)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)操作；電源模塊與信號(hào)采集模塊相連，用于為信號(hào)采集模塊供電。
[0022]進(jìn)一步，還包括開關(guān)模塊;其中，開關(guān)模塊分別與信號(hào)采集模塊和電源模塊相連，用于控制電源模塊為信號(hào)采集模塊供電。
[0023]進(jìn)一步，信號(hào)采集模塊包括:放大電路、整流電路、濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；其中，放大電路與觸覺傳感器相連，用于放大觸覺傳感器輸出的壓力電信號(hào);整流電路與放大電路相連，用于將放大電路輸出的放大后的壓力電信號(hào)進(jìn)行整流處理;濾波電路與整流電路相連，用于濾除整流電路輸出的壓力電信號(hào)中的干擾雜波;模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與濾波電路相連，用于將濾波電路輸出的模擬壓力電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字壓力電信號(hào)。
[0024]進(jìn)一步，中央控制模塊進(jìn)一步用于:根據(jù)信號(hào)采集模塊輸出的壓力電信號(hào)進(jìn)行力度調(diào)節(jié)和/或方向角度調(diào)節(jié)。
[0025]進(jìn)一步，電源模塊為儲(chǔ)能元件或通過電纜與外部電源連接的電轉(zhuǎn)換模塊。
[0026]進(jìn)一步，機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)包括多個(gè)觸覺傳感器；多個(gè)觸覺傳感器以陣列形式排列，形成M行N列的觸覺傳感器陣列，每行的觸覺傳感器所包括的摩擦發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出端彼此相互連接，組成行輸出端;每列的觸覺傳感器所包括的摩擦發(fā)電機(jī)的另一個(gè)輸出端彼此相互連接，組成列輸出端;用于當(dāng)外力作用與觸覺傳感器時(shí)，輸出壓力電信號(hào)。
[0027]進(jìn)一步，觸覺傳感器設(shè)置在機(jī)器人與物體直接接觸的表面。
[0028]進(jìn)一步，機(jī)器人與物體直接接觸的表面為機(jī)器人的手、手臂、腳、腿部、頭部、胸部、和/或背部。
[0029]根據(jù)本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器及機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，摩擦發(fā)電機(jī)在外力作用下發(fā)生形變，輸出對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào)，進(jìn)一步，機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)的中央控制模塊根據(jù)處理后的壓力電信號(hào)，進(jìn)行力度和/或方向角度的調(diào)節(jié)?；谀Σ涟l(fā)電機(jī)的觸覺傳感器及機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度及精確度高。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例一的一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例一的另一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3a為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例一的一信號(hào)輸出數(shù)據(jù)圖；
[0033]圖3b為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例一的另一信號(hào)輸出數(shù)據(jù)圖；
[0034]圖4為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖6為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖7a為本發(fā)明提供的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)一實(shí)施例的功能框圖；
[0038]圖7b為本發(fā)明提供的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)另一實(shí)施例的功能框圖；
[0039]圖8為圖7a和圖7b中信號(hào)采集模塊的功能框圖；
[0040]圖9a_圖9b為機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)實(shí)施例中觸覺傳感器設(shè)置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041 ]圖10為圖9b中觸覺傳感器陣列排布的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為充分了解本發(fā)明之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不僅僅限于此。
[0043]本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器包括:至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)，其中，摩擦發(fā)電機(jī)相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成摩擦界面，當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)上時(shí)，摩擦界面相互摩擦，摩擦發(fā)電機(jī)輸出與外力對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào)。其中，基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器可以包括一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)，也可以包括多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，此處不做限定。若基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器包括多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)時(shí)，多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)可以并聯(lián)和/或串聯(lián)的方式連接，并且多個(gè)并聯(lián)和/或串聯(lián)方式連接的摩擦發(fā)電機(jī)還可通過平鋪方式和/或?qū)盈B方式設(shè)置，從而增加摩擦發(fā)電機(jī)輸出的壓力電信號(hào)的強(qiáng)度，進(jìn)而使基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器的靈敏度更高。
[0044]圖1為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例一的一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器包括:一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)。其中，圖1所示的摩擦發(fā)電機(jī)為三層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)，其包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層110、第一高分子聚合物絕緣層120以及第二電極層130;具體地，第一高分子聚合物絕緣層120的第一側(cè)表面設(shè)置有第一電極層110，第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與第二電極層130的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)上時(shí)，第一高分子聚合物絕緣層120與第二電極層130相對(duì)的兩個(gè)摩擦界面相互摩擦，輸出與外力對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào);第一電極層110和第二電極層130構(gòu)成摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0045]當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)時(shí)，摩擦發(fā)電機(jī)中的第一高分子聚合物絕緣層120與第二電極層130相對(duì)的兩個(gè)表面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會(huì)使第一電極層110和第二電極層130產(chǎn)生感應(yīng)電荷，從而導(dǎo)致第一電極層110和第二電極層130之間出現(xiàn)電勢差。由于第一電極層110和第二電極層130之間電勢差的存在，自由電子將通過外電路由電勢低的一側(cè)流向電勢高的一側(cè)，從而在外電路中形成電流。當(dāng)摩擦發(fā)電機(jī)的各層恢復(fù)到原來狀態(tài)時(shí)，這時(shí)形成在第一電極層110和第二電極層130之間的內(nèi)電勢消失，此時(shí)已平衡的第一電極層110和第二電極層130之間將再次產(chǎn)生反向的電勢差，則自由電子通過外電路形成反向電流。通過反復(fù)摩擦和恢復(fù)，就可以在外電路中形成周期性的交流壓力電信號(hào)。
[0046]除如圖1所示的三層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)實(shí)際實(shí)施情況，采用四層結(jié)構(gòu)、五層居間薄膜結(jié)構(gòu)、五層居間電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)，此處不做具體限定。
[0047]進(jìn)一步地，如圖1所示，基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器中的摩擦發(fā)電機(jī)還包括:在摩擦發(fā)電機(jī)外圍依次層疊包覆的絕緣層200、屏蔽層300和保護(hù)層400;其中，絕緣層200用于防止摩擦發(fā)電機(jī)與屏蔽層相互接觸，減少摩擦發(fā)電機(jī)輸出的壓力電信號(hào)的損耗;屏蔽層300用于屏蔽外界電磁干擾，以保護(hù)摩擦發(fā)電機(jī)輸出的壓力電信號(hào);保護(hù)層400，用于密封保護(hù)摩擦發(fā)電機(jī)，防止摩擦發(fā)電機(jī)在外力作用下受到損傷。
[0048]由于屏蔽層300大多數(shù)情況下采用銅或鋁等金屬材質(zhì)，在其與摩擦發(fā)電機(jī)的第一電極層110和第二電極層130直接接觸時(shí)，使得摩擦發(fā)電機(jī)輸出的壓力電信號(hào)會(huì)被屏蔽層300屏蔽掉一部分，影響摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的壓力電信號(hào)的輸出，故在摩擦發(fā)電機(jī)和屏蔽層300之間設(shè)置有絕緣層200，將摩擦發(fā)電機(jī)整體包覆住，以防止摩擦發(fā)電機(jī)的第一電極層110和第二電極層130與屏蔽層300相互接觸，減少摩擦發(fā)電機(jī)輸出的壓力電信號(hào)的損耗。絕緣層200可采用高分子聚合物材質(zhì)，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、氟化乙丙稀共聚物(FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。
[0049]屏蔽層300設(shè)置在絕緣層200和保護(hù)層400之間，包覆在絕緣層200之上，用于屏蔽外界電磁干擾，以保護(hù)摩擦發(fā)電機(jī)輸出的壓力電信號(hào)。
[0050]保護(hù)層400設(shè)置在基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器的最外層，包覆在屏蔽層300之上，用于密封保護(hù)摩擦發(fā)電機(jī)，防止摩擦發(fā)電機(jī)在外力作用下受到損傷，同時(shí)也起到防塵、防潮、防腐蝕的效果，以增加摩擦發(fā)電機(jī)的使用壽命。
[0051]如圖2所示，在該實(shí)施例中，還進(jìn)一步包括:用于加強(qiáng)摩擦發(fā)電機(jī)在感應(yīng)外力作用時(shí)所輸出的壓力電信號(hào)的微動(dòng)加強(qiáng)層500。在該實(shí)施例中增加微動(dòng)加強(qiáng)層500，可以減小摩擦發(fā)電機(jī)在感應(yīng)外力作用時(shí)所發(fā)生的局部形變，加快各層間的分離速度，從而加強(qiáng)摩擦發(fā)電機(jī)對(duì)微小外力的壓力電信號(hào)的輸出。其中，微動(dòng)加強(qiáng)層500可以設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間。如圖2所示，微動(dòng)加強(qiáng)層500設(shè)置在第一電極層110和第一高分子聚合物絕緣層120之間。
[0052]如圖2所示，該摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層110、微動(dòng)加強(qiáng)層500、第一高分子聚合物絕緣層120和第二電極層130;具體地，第一高分子聚合物絕緣層120的第一側(cè)表面設(shè)置有微動(dòng)加強(qiáng)層500，第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與第二電極層130的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)上時(shí)，第一高分子聚合物絕緣層120與第二電極層130相對(duì)的兩個(gè)摩擦界面相互摩擦，第一電極層110和第二電極層130構(gòu)成摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0053]圖3a本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例一的一信號(hào)輸出數(shù)據(jù)圖。圖3b本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例一的另一信號(hào)輸出數(shù)據(jù)圖。圖3a與圖3b的區(qū)別在于，圖3a中沒有設(shè)置微動(dòng)加強(qiáng)層，圖3b中加設(shè)有微動(dòng)加強(qiáng)層，除此之外，兩個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)設(shè)置完全相同，兩者所施加的外力也完全相同。從圖3a和圖3b中可以看出，其輸出的壓力電信號(hào)的起伏較小，說明其持續(xù)均勻受力。在持續(xù)均勻受力過程中，可以看出微動(dòng)加強(qiáng)層對(duì)微小動(dòng)作引起的受力的感知依舊靈敏。
[0054]根據(jù)本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，摩擦發(fā)電機(jī)在感應(yīng)到外力作用時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào)，以感知外力的大小?；谀Σ涟l(fā)電機(jī)的觸覺傳感器結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度及精確度高。
[0055]圖4為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，該實(shí)施例中的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器包括:一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)。其中，圖4所示的摩擦發(fā)電機(jī)為四層結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)，其包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層110、第一高分子聚合物絕緣層120、第二高分子聚合物絕緣層140、微動(dòng)加強(qiáng)層500和第二電極層130;具體地，第一高分子聚合物絕緣層120的第一側(cè)表面設(shè)置有第一電極層110，第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層140的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，第二高分子聚合物絕緣層140的第二側(cè)表面設(shè)置有微動(dòng)加強(qiáng)層500，當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)上時(shí)，第一高分子聚合物絕緣層120與第二高分子聚合物絕緣層140相對(duì)的兩個(gè)摩擦界面相互摩擦，第一電極層110和第二電極層130構(gòu)成摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0056]應(yīng)當(dāng)注意的是，微動(dòng)加強(qiáng)層500不僅可以如圖4所示設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層140與第二電極層130之間；也可以設(shè)置在第一電極層110與第一高分子聚合物絕緣層120之間；還也可以在上述兩個(gè)位置(即第二高分子聚合物絕緣層140與第二電極層130之間和第一電極層110與第一高分子聚合物絕緣層120之間)均設(shè)置微動(dòng)加強(qiáng)層500，也就是說，微動(dòng)加強(qiáng)層500可以設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，此處不做限定。
[0057]除上述不同外，實(shí)施例二的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器均與實(shí)施例一的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器相同，此處不再贅述。
[0058]圖5為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，該實(shí)施例中的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器包括:一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)。其中，圖5所示的摩擦發(fā)電機(jī)為五層居間薄膜結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)，其包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層110、微動(dòng)加強(qiáng)層500、第一高分子聚合物絕緣層120、居間薄膜層150、第二高分子聚合物絕緣層140和第二電極層130;具體地，第一高分子聚合物絕緣層120的第一側(cè)表面設(shè)置有微動(dòng)加強(qiáng)層500，第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與居間薄膜層150的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，居間薄膜層150的第二側(cè)表面設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層140，當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)時(shí)，第一高分子聚合物絕緣層120與居間薄膜層150相對(duì)的兩個(gè)摩擦界面相互摩擦，第一電極層110和第二電極層130構(gòu)成摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0059]應(yīng)當(dāng)注意的是，微動(dòng)加強(qiáng)層500不僅可以如圖5所不設(shè)置在第一電極層110與第一高分子聚合物絕緣層120之間；也可以設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層140與第二電極層130之間；還可以設(shè)置在居間薄膜層150與第二高分子聚合物絕緣層140之間；此外，還可在上述三個(gè)位置(即第一電極層110與第一高分子聚合物絕緣層120之間、第二高分子聚合物絕緣層140與第二電極層130之間和居間薄膜層150與第二高分子聚合物絕緣層140之間)均設(shè)置微動(dòng)加強(qiáng)層500，也就是說，微動(dòng)加強(qiáng)層500可以設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，此處不做限定。
[0060]另外，不僅可如圖5所示使第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與居間薄膜層150的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面;也可使居間薄膜層150的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層140的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面;還可使第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與居間薄膜層150的第一側(cè)表面，以及居間薄膜層150的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層140的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，此處不做限定。
[0061]若使居間薄膜層的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，微動(dòng)加強(qiáng)層不僅可設(shè)置在第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間；也可以設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間；還可以設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層之間；此外，還可在上述三個(gè)位置(即第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間、第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間和第一高分子聚合物絕緣層與居間薄膜層之間)均設(shè)置微動(dòng)加強(qiáng)層，也就是說，微動(dòng)加強(qiáng)層可以設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，此處不做限定。
[0062]若使第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面與居間薄膜層的第一側(cè)表面，以及居間薄膜層的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，微動(dòng)加強(qiáng)層不僅可設(shè)置在第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間；也可以設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間；還可在上述兩個(gè)位置(即第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間和第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間)均設(shè)置微動(dòng)加強(qiáng)層，也就是說，微動(dòng)加強(qiáng)層可以設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，此處不做限定。
[0063]除上述不同外，實(shí)施例三的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器均與實(shí)施例一的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器相同，此處不再贅述。
[0064]圖6為本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，該實(shí)施例中的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器包括:一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)。其中，圖6所示的摩擦發(fā)電機(jī)為五層居間電極結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)，其包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層110、微動(dòng)加強(qiáng)層500、第一高分子聚合物絕緣層120、居間電極層160、第二高分子聚合物絕緣層140和第二電極層130;具體地，第一高分子聚合物絕緣層120的第一側(cè)表面設(shè)置有微動(dòng)加強(qiáng)層500，第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與居間電極層160的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，居間電極層160的第二側(cè)表面設(shè)置有第二高分子聚合物絕緣層140，當(dāng)外力作用于摩擦發(fā)電機(jī)時(shí)，第一高分子聚合物絕緣層120與居間電極層160相對(duì)的兩個(gè)摩擦界面相互摩擦，第一電極層110和第二電極層130相連后與居間電極層160構(gòu)成摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。
[0065]應(yīng)當(dāng)注意的是，微動(dòng)加強(qiáng)層500不僅可以如圖6所不設(shè)置在第一電極層110與第一高分子聚合物絕緣層120之間；也可以設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層140與第二電極層130之間；還可以設(shè)置在居間電極層160與第二高分子聚合物絕緣層140之間；此外，還可在上述三個(gè)位置(即第一電極層110與第一高分子聚合物絕緣層120之間、第二高分子聚合物絕緣層140與第二電極層130之間和居間電極層160與第二高分子聚合物絕緣層140之間)均設(shè)置微動(dòng)加強(qiáng)層500，也就是說，微動(dòng)加強(qiáng)層500可以設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，此處不做限定。
[0066]另外，不僅可如圖6所示使第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與居間電極層160的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面;也可使居間電極層160的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層140的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面;還可使第一高分子聚合物絕緣層120的第二側(cè)表面與居間電極層160的第一側(cè)表面，以及居間電極層160的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層140的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，此處不做限定。
[0067]若使居間電極層的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，微動(dòng)加強(qiáng)層不僅可設(shè)置在第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間；也可以設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間；還可以設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層之間；此外，還可在上述三個(gè)位置(即第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間、第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間和第一高分子聚合物絕緣層與居間電極層之間)均設(shè)置微動(dòng)加強(qiáng)層，也就是說，微動(dòng)加強(qiáng)層可以設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，此處不做限定。
[0068]若使第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面與居間電極層的第一側(cè)表面，以及居間電極層的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面相對(duì)設(shè)置構(gòu)成摩擦界面，微動(dòng)加強(qiáng)層不僅可設(shè)置在第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間；也可以設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間；還可在上述兩個(gè)位置(即第一電極層與第一高分子聚合物絕緣層之間和第二高分子聚合物絕緣層與第二電極層之間)均設(shè)置微動(dòng)加強(qiáng)層，也就是說，微動(dòng)加強(qiáng)層可以設(shè)置在摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，此處不做限定。
[0069]除上述不同外，實(shí)施例四的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器均與實(shí)施例一的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器相同，此處不再贅述。
[0070]在上述各個(gè)實(shí)施例中，摩擦發(fā)電機(jī)中所提及的各層均為柔性材料，即第一電極層、第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、第二電極層、居間薄膜層、居間電極層均為柔性材料。
[0071]在上述各個(gè)實(shí)施例中，摩擦發(fā)電機(jī)中構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面中的至少一個(gè)面上可以設(shè)有凸起陣列。該凸起陣列優(yōu)選微米級(jí)或納米級(jí)的凸起結(jié)構(gòu)，可采用菱形排布的方式進(jìn)行排布。該凸起陣列能夠有效的增加摩擦接觸面積，增大摩擦阻力，提高壓力電信號(hào)的輸出效率。
[0072]在上述各個(gè)實(shí)施例中，微動(dòng)加強(qiáng)層的外形尺寸與觸覺傳感器的外形尺寸相當(dāng)，一般可根據(jù)其設(shè)置的具體位置進(jìn)行微調(diào)，厚度可設(shè)置在0.1-2.0mm之間。微動(dòng)加強(qiáng)層可采用平板結(jié)構(gòu)，或采用陣列開設(shè)有幾何形狀通孔的鏤空結(jié)構(gòu)。微動(dòng)加強(qiáng)層的材料大多選用塑料或橡膠。
[0073]以上具體設(shè)置均為舉例說明，實(shí)際實(shí)施時(shí)，可根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)置，此處不做具體限定。
[0074]根據(jù)本發(fā)明提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，通過加設(shè)微動(dòng)加強(qiáng)層，可以對(duì)微小動(dòng)作引起的受力的感知更加靈敏，提高觸覺傳感器的靈敏度。
[0075]圖7a為本發(fā)明提供的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)一實(shí)施例的功能框圖，如圖7a所示，機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，包括觸覺傳感器10、信號(hào)采集模塊20、中央控制模塊30和電源模塊40。觸覺傳感器10可采用上述各個(gè)實(shí)施例中的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，參見上述實(shí)施例中的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器的描述，在此不再贅述。
[0076]信號(hào)采集模塊20與觸覺傳感器10相連，即信號(hào)采集模塊20的輸入端與觸覺傳感器10的輸出端相連，用于采集處理觸覺傳感器輸出的壓力電信號(hào)。如圖8所示，信號(hào)采集模塊20包括:放大電路21、整流電路22、濾波電路23和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24。放大電路21的輸入端(即信號(hào)采集模塊20的輸入端)與觸覺傳感器10的輸出端相連，用于放大觸覺傳感器10輸出的壓力電信號(hào)。整流電路22的輸入端與放大電路21的輸出端相連，用于將放大電路21輸出的放大后的壓力電信號(hào)進(jìn)行整流處理。濾波電路23的輸入端與整流電路22的輸出端相連，用于濾除整流電路22輸出的壓力電信號(hào)中的干擾雜波。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24的輸入端與濾波電路23的輸出端相連，用于將濾波電路23輸出的模擬壓力電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字壓力電信號(hào)，輸出至中央控制模塊30。放大電路21、整流電路22、濾波電路23和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24的電源輸入端(即信號(hào)采集模塊20的電源輸入端)都與電源模塊40的輸出端相連(圖中未示出)，進(jìn)而使用電源模塊40中的電能。
[0077]中央控制模塊30與信號(hào)采集模塊20相連，即中央控制模塊30的輸入端與信號(hào)采集模塊20的輸出端相連，用于根據(jù)信號(hào)采集模塊20輸出的壓力電信號(hào)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)操作。根據(jù)信號(hào)采集模塊20輸出的壓力電信號(hào)，中央控制模塊30可以對(duì)力度和/或方向角度調(diào)節(jié)。例如，將觸覺傳感器設(shè)置于機(jī)器人的機(jī)械手上，當(dāng)該機(jī)械手拾取物體時(shí)，碰觸到物體后，由于物體給機(jī)械手的外力作用，使機(jī)械手上的觸覺傳感器受力，輸出壓力電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)采集模塊20采集處理后，輸出至中央控制模塊30 ο中央控制模塊30在接收到處理后的壓力電信號(hào)后，進(jìn)行判斷。若當(dāng)該壓力電信號(hào)沒有持續(xù)輸出，中央控制模塊可以判斷該物體沒有持續(xù)外力作用于機(jī)械手，即該物體沒有被拾起。中央控制模塊進(jìn)一步根據(jù)壓力電信號(hào)，判斷機(jī)械手受力位置，當(dāng)受力位置為整個(gè)手掌時(shí)，可判斷出機(jī)械手碰觸到整個(gè)物體，但力度較小，不足以將物體拾取。中央控制模塊自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)械手拾取力度，使該物體能夠被拾取。當(dāng)中央控制模塊根據(jù)壓力電信號(hào)，判斷機(jī)械手受力位置。當(dāng)受力位置只是單只手指時(shí)，可判斷出機(jī)械手只是碰觸到物體局部，此時(shí)，中央控制模塊自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)械手拾取物體的角度，使機(jī)械手能夠碰觸到整個(gè)物體，從而能夠拾取物體。此處僅為舉例說明，實(shí)際實(shí)施時(shí)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)置。
[0078]電源模塊40與信號(hào)采集模塊20相連，即電源模塊40的輸入端與信號(hào)采集模塊20的電源輸入端相連，用于為信號(hào)采集模塊20供電。該電源模塊40可采用可拆卸的儲(chǔ)能元件，如蓄電池、超級(jí)電容等，或采用外部電源，使用有線供電的方式，通過電纜與外部電源連接，將外部電源的電能提供給信號(hào)采集模塊20和中央控制模塊30使用。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖7a中雖然未示出中央控制模塊30與電源模塊40相連，但是，其通過信號(hào)采集模塊20間接使用電源模塊40中的電能。
[0079 ]如圖7b所示，本發(fā)明提供的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)還可以進(jìn)一步包括:開關(guān)模塊50，其分別與信號(hào)米集模塊20和電源模塊40相連，即開關(guān)模塊50的輸入端與電源模塊40的輸出端相連，開關(guān)模塊50的輸出端與信號(hào)采集模塊20的電源輸入端相連，用于控制電源模塊40為信號(hào)采集模塊20供電。該電源模塊40可采用可拆卸的儲(chǔ)能元件，如蓄電池、超級(jí)電容等，或采用外部電源，使用有線供電的方式，通過電纜與外部電源連接，將外部電源的電能提供給信號(hào)采集模塊20和中央控制模塊30使用。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖7b中雖然未示出中央控制模塊30通過開關(guān)模塊50與電源模塊40相連，但是，其通過信號(hào)采集模塊20間接使用電源模塊40中的電能。
[0080]如圖8所示，信號(hào)采集模塊20包括:放大電路21、整流電路22、濾波電路23和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24。放大電路21的輸入端(即信號(hào)采集模塊20的輸入端)與觸覺傳感器10的輸出端相連，用于放大觸覺傳感器10輸出的壓力電信號(hào)。整流電路22的輸入端與放大電路21的輸出端相連，用于將放大電路21輸出的放大后的壓力電信號(hào)進(jìn)行整流處理。濾波電路23的輸入端與整流電路22的輸出端相連，用于濾除整流電路22輸出的壓力電信號(hào)中的干擾雜波。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24的輸入端與濾波電路23的輸出端相連，用于將濾波電路23輸出的模擬壓力電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字壓力電信號(hào)，輸出至中央控制模塊30 ο放大電路21、整流電路22、濾波電路23和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路24的電源輸入端(即信號(hào)采集模塊20的電源輸入端)都與開關(guān)模塊50的輸出端相連(圖中未示出)，進(jìn)而通過開關(guān)模塊50使用電源模塊40中的電能。
[0081]圖9a和圖9b為機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)實(shí)施例中觸覺傳感器不同的兩種設(shè)置結(jié)構(gòu)的示意圖。圖9a中，將觸覺傳感器整個(gè)設(shè)置在機(jī)械手掌的表面。圖9b中，將多個(gè)觸覺傳感器以陣列形式排列為觸覺傳感器陣列。圖10為觸覺傳感器陣列排布的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，多個(gè)觸覺傳感器以陣列形式排列，形成M行N列的觸覺傳感器陣列，每行的觸覺傳感器所包括的摩擦發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出端彼此相互連接，得到第一行輸出端Ml、第二行輸出端M2和第三行輸出端M3，組成行輸出端。每列的觸覺傳感器所包括的摩擦發(fā)電機(jī)的另一個(gè)輸出端彼此相互連接，得到第一列輸出端N1、第二列輸出端N2和第三列輸出端N3，組成列輸出端。將行輸出端和列輸出端通過接口與信號(hào)采集模塊相連后，當(dāng)外力作用在觸覺傳感器上時(shí)，輸出壓力電信號(hào)。由信號(hào)采集模塊根據(jù)壓力電信號(hào)的輸出端識(shí)別產(chǎn)生壓力電信號(hào)的觸覺傳感器的位置。觸覺傳感器陣列所包括的觸覺傳感器數(shù)量可以根據(jù)測量精度要求和設(shè)置面積來確定，此處不做限定。
[0082]除圖9a和圖9b所示將觸覺傳感器設(shè)置在機(jī)械手掌外，觸覺傳感器還可以設(shè)置在機(jī)器人與物體直接接觸的身體表面，如還可以將觸覺傳感器設(shè)置在機(jī)器人的手臂上，當(dāng)機(jī)器人搬運(yùn)物體時(shí)，可以通過物體對(duì)手臂作用的外力感知調(diào)節(jié)力度和/或角度，以保證能夠平穩(wěn)的搬運(yùn)物體，不使物體掉落?；蜻€可以將觸覺傳感器設(shè)置在腳部、腿部、頭部、胸部、背部等部位，當(dāng)機(jī)器人碰觸到如障礙物時(shí)，可以靈活的調(diào)節(jié)方向，以躲避障礙物等情況?；蛉鐧C(jī)器人踢球時(shí)，腳部、腿部、頭部、胸部等可與球直接接觸的部位，在與球接觸后，根據(jù)球作用于觸覺傳感器的外力，可以靈活的調(diào)整各部位的受力點(diǎn)，進(jìn)而控制球的走向。以上均為舉例說明，具體實(shí)施時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，此處不做具體限定。
[0083]根據(jù)本發(fā)明提供的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，中央控制模塊根據(jù)壓力電信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)的力度和/或角度，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拾取物體等操作。該機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高。采用陣列方式設(shè)置觸覺傳感器時(shí)，可使系統(tǒng)的測量精度更高。
[0084]本發(fā)明中所提到的各種模塊、電路均為由硬件實(shí)現(xiàn)的電路，雖然其中某些模塊、電路集成了軟件，但本發(fā)明所要保護(hù)的是集成軟件對(duì)應(yīng)的功能的硬件電路，而不僅僅是軟件本身。
[0085]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，附圖或?qū)嵤├兴镜难b置結(jié)構(gòu)僅僅是示意性的，表示邏輯結(jié)構(gòu)。其中作為分離部件顯示的模塊可能是或者可能不是物理上分開的，作為模塊顯示的部件可能是或者可能不是物理模塊。
[0086]最后，需要注意的是:以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改動(dòng)和變型，倘若這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，包括:至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī);其中，所述摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極層，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極層； 其中，所述摩擦發(fā)電機(jī)相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成摩擦界面，當(dāng)外力作用于所述摩擦發(fā)電機(jī)上時(shí)，所述摩擦界面相互摩擦，所述摩擦發(fā)電機(jī)輸出與所述外力對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào)； 所述第一電極層和所述第二電極層構(gòu)成所述摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，還包括:至少一個(gè)微動(dòng)加強(qiáng)層，設(shè)置在所述摩擦發(fā)電機(jī)內(nèi)部不構(gòu)成摩擦界面的兩個(gè)表面之間，用于加強(qiáng)所述摩擦發(fā)電機(jī)在感應(yīng)外力作用時(shí)所輸出的壓力電信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層與所述第二電極層相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成所述摩擦界面;所述微動(dòng)加強(qiáng)層設(shè)置在所述第一電極層和所述第一高分子聚合物絕緣層之間。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，所述摩擦發(fā)電機(jī)還包括:第二高分子聚合物絕緣層;所述第二高分子聚合物絕緣層設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二電極層之間；其中，所述第一高分子聚合物絕緣層與所述第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成所述摩擦界面； 所述微動(dòng)加強(qiáng)層設(shè)置在所述第一電極層與所述第一高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層與所述第二電極層之間。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，所述摩擦發(fā)電機(jī)還包括:第二高分子聚合物絕緣層和居間薄膜層;所述第二高分子聚合物絕緣層層疊設(shè)置在所述第二電極層上，所述居間薄膜層設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二高分子聚合物絕緣層之間；其中，所述第一高分子聚合物絕緣層與所述居間薄膜層、和/或所述居間薄膜層與所述第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成所述摩擦界面； 所述微動(dòng)加強(qiáng)層設(shè)置在所述第一電極層與所述第一高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層與所述居間薄膜層之間；和/或，設(shè)置在所述居間薄膜層與所述第二高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層與所述第二電極層之間。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，所述摩擦發(fā)電機(jī)還包括:第二高分子聚合物絕緣層和居間電極層;所述第二高分子聚合物絕緣層層疊設(shè)置在所述第二電極層上，所述居間電極層設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二高分子聚合物絕緣層之間；其中，所述第一高分子聚合物絕緣層與所述居間電極層、和/或所述居間電極層與所述第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)的兩個(gè)表面構(gòu)成所述摩擦界面，所述第一電極層和所述第二電極層相連后與所述居間電極層構(gòu)成所述摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端； 所述微動(dòng)加強(qiáng)層設(shè)置在所述第一電極層與所述第一高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層與所述居間電極層之間；和/或，設(shè)置在所述居間電極層與所述第二高分子聚合物絕緣層之間；和/或，設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層與所述第二電極層之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，所述第一電極層、所述第一高分子聚合物絕緣層、所述第二高分子聚合物絕緣層、所述第二電極層、所述居間薄膜層、所述居間電極層均為柔性材料。8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，構(gòu)成所述摩擦界面的兩個(gè)表面中的至少一個(gè)面上設(shè)有凸起陣列。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，所述凸起陣列為菱形排布。10.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一項(xiàng)所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，所述微動(dòng)加強(qiáng)層為平板結(jié)構(gòu)或?yàn)殛嚵虚_設(shè)有幾何形狀通孔的鏤空結(jié)構(gòu)。11.根據(jù)權(quán)利要求2-6所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，所述微動(dòng)加強(qiáng)層的材料為塑料或橡膠。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，多個(gè)所述摩擦發(fā)電機(jī)以并聯(lián)和/或串聯(lián)的方式連接，其中，多個(gè)所述并聯(lián)和/或串聯(lián)方式連接的摩擦發(fā)電機(jī)通過平鋪方式和/或?qū)盈B方式設(shè)置。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的觸覺傳感器，其特征在于，還包括:在所述摩擦發(fā)電機(jī)外圍依次層疊包覆的絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層;其中， 所述絕緣層，用于防止所述摩擦發(fā)電機(jī)與所述屏蔽層相互接觸，減少所述壓力電信號(hào)的損耗； 所述屏蔽層，用于屏蔽外界電磁干擾，以保護(hù)所述摩擦發(fā)電機(jī)輸出的壓力電信號(hào)； 所述保護(hù)層，用于密封保護(hù)所述摩擦發(fā)電機(jī)，防止所述摩擦發(fā)電機(jī)在外力作用下受到損傷。14.一種機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)所述觸覺傳感器，還包括:信號(hào)采集模塊、中央控制模塊和電源模塊;其中， 所述觸覺傳感器用于感應(yīng)作用在其上的外力，輸出與所述外力對(duì)應(yīng)的壓力電信號(hào)； 所述信號(hào)采集模塊與所述觸覺傳感器相連，用于采集處理所述觸覺傳感器輸出的壓力電信號(hào)； 所述中央控制模塊與所述信號(hào)采集模塊相連，用于根據(jù)所述信號(hào)采集模塊輸出的壓力電信號(hào)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)操作； 所述電源模塊與所述信號(hào)采集模塊相連，用于為信號(hào)采集模塊供電。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，其特征在于，還包括開關(guān)模塊;其中，所述開關(guān)模塊分別與所述信號(hào)采集模塊和所述電源模塊相連，用于控制所述電源模塊為所述信號(hào)采集模塊供電。16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)采集模塊包括:放大電路、整流電路、濾波電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路， 所述放大電路的輸入端與所述觸覺傳感器的輸出端相連，用于放大所述觸覺傳感器輸出的壓力電信號(hào)； 所述整流電路的輸入端與所述放大電路的輸出端相連，用于將所述放大電路輸出的放大后的壓力電信號(hào)進(jìn)行整流處理； 所述濾波電路的輸入端與所述整流電路的輸出端相連，用于濾除所述整流電路輸出的壓力電信號(hào)中的干擾雜波； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端與所述濾波電路的輸出端相連，用于將所述濾波電路輸出的模擬壓力電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字壓力電信號(hào)。17.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制模塊進(jìn)一步用于:根據(jù)所述信號(hào)采集模塊輸出的壓力電信號(hào)進(jìn)行力度調(diào)節(jié)和/或方向角度調(diào)節(jié)。18.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊為儲(chǔ)能元件或通過電纜與外部電源連接的電轉(zhuǎn)換模塊。19.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)包括多個(gè)所述觸覺傳感器;多個(gè)所述觸覺傳感器以陣列形式排列，形成M行N列的觸覺傳感器陣列，每行的所述觸覺傳感器所包括的摩擦發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出端彼此相互連接，組成行輸出端;每列的所述觸覺傳感器所包括的摩擦發(fā)電機(jī)的另一個(gè)輸出端彼此相互連接，組成列輸出端;用于當(dāng)外力作用與所述觸覺傳感器時(shí)，輸出壓力電信號(hào)。20.根據(jù)權(quán)利要求14-19任一項(xiàng)所述的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺傳感器設(shè)置在機(jī)器人與物體直接接觸的表面。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的機(jī)器人觸覺感知系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人與物體直接接觸的表面為機(jī)器人的手、手臂、腳、腿部、頭部、胸部、和/或背部。
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK105991064SQ201610297099
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】徐傳毅, 王珊, 孫利佳
【申請(qǐng)人】納智源科技（唐山）有限責(zé)任公司