[发明专利]一种滑动式温度触觉传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种滑动式温度触觉传感装置，可判别材质热属性和滑动方向，适用于遥操作机器人、空间探测等多个领域，属于触觉传感器及温度传感器技术领域。 

背景技术

随着虚拟现实技术和交互式遥操作机器人技术的广泛应用，需要大量的触觉传感与再现装置，以达到“多感知、交互性和临场感”的效果。到目前为止，国内外对触觉的研究都主要集中在力触觉上，不断优化的力触觉算法在柔性、纹理触觉复现装置上的应用，使得这些装置能够较好地再现虚拟场景物体的柔性、纹理力触觉特性，而温度触觉而在人机交互技术领域的研究尚少。 

触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，能识别物体的表面纹理、粗糙度、硬度、温度等特征。皮肤内分布着触觉感受器，是触觉作用的主要器官，因而触觉也称肤觉。一般认为皮肤感觉主要有四种，即由对皮肤的机械刺激引起的触、压觉，由温度刺激引起的冷觉和热觉，以及由伤害性刺激引起的痛觉。皮肤上的触觉感受器受机械刺激、温度刺激、伤害刺激，产生神经冲动，传入大脑皮层即产生触感、温度感、痛感。 

在机器人领域，触觉是机器人获取环境信息的一种仅次于视觉的重要知觉形式，是机器人实现与环境直接作用的必需媒介。机器人要获取类似于人类的触觉要通过触觉传感器实现，触觉传感器是一种测量自身敏感面与外界物体作用参数的装置。机器人触觉传感器的主要任务是为获取对象与环境信息和为完成某种作业任务而对机器人与对象、环境相互作用时的一系列物理特征量进行检测或感知。它不仅可以获取手爪与物体的接触位置以及接触力分布函数，而且可以获取视觉传感器无法获取的信息，如物体的机械特性、热特性、震动特性等。 

温度触觉是在触觉过程中产生的温度觉，作为触觉的一种，在人的感知系统中发挥着重要作用，人手触摸不同热属性的物体有着不同的温度感觉，据此可以判断出物体的热属性；人手在物体表面滑动时，其感觉是滑动方向的接触部分前方和后方温度觉明显不一样。温度触觉传感器在遥操作机器人、材质识别、空间探测等领域前景广阔，对温度触觉传感技术的深入研究，将会对电子信息技术的发展起到重要的作用。 

滑觉指皮肤与抓握对象间滑移程度的感觉，在机器人领域，为了在抓握物体时确定一个适当的握力值，需要实时检测接触表面的相对滑动，然后判断握力，在不损伤物体的情况下逐渐增加力量，滑觉检测功能是实现机器人柔性抓握的必备条件。滑觉传感器按被测物体滑动方向可分为三类：无方向性、单方向性和全方向性传感器。其中无方向性传感器只能检测是否产生滑动，无法判别方向；单方向性传感器只能检测单一方向的滑移；全方向性传感器可检测个方向的滑动情况，这种传感器一般制成球形以满足需要。目前国内外对滑觉传感器的研究主要有磁力式、球式、振动式、光电式。 

热属性主要指物体传热速率的导热系数和热扩散系数，它直接影响着物体的导热能 力，热属性识别在很多领域都有应用，例如机器人手指，材质识别，空间探测等。 

目前，国内外对于温度触觉传感器研究较少，大部分用于材料的热属性识别。如2000年哈尔滨工业大学李德胜金属线圈温度传感器进行材料识别，2006年麻省理工大学HSIN-NI HO等人采用热敏电阻采集手指与物体接触时的温度变化，验证了热线索在材料识别的作用，有一部分应用于物体形状识别，如Y.J.Yang实现了32×32mm温度触觉传感阵列，较好的实现了物体外形识别功能。基于温度触觉传感器实现滑动方向的判断则没见报导。检索国内温度触觉专利有CN200910034949，CN200920231793，CN201120327285，CN201110148963，CN201110130743，其大部分只是实现温度触觉复现装置或静态温度触觉传感装置的结构或电路，实现温度复现、材质识别和形状识别。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种滑动式温度触觉传感装置，它基于温度触觉传感装置实现热属性识别和滑动方向的判断双重功能，可应用于遥操作机器人、空间探测等多个领域。 

本发明采用以下技术方案：一种滑动式温度触觉传感装置，其特征在于：设有温度传感单元阵列、导热层、恒温层、绝热层、隔热外壳以及测控电路，其中：