[发明专利]一种用于人与机器人安全交互的传感装置

说明书

本发明公开了一种用于人与机器人安全交互的传感装置。包含主要由柔性基底、下层电极阵列、柔性感知层、上层电极阵列和表面层从下到上依次紧密层叠黏合构成的柔性触觉传感阵列；柔性触觉传感阵列中，表面层的上表面固定布置有超声波传感器、第一类毛发感受器和第二类毛发感受器，超声波传感器、第一类毛发感受器和第二类毛发感受器均间隔交错均布地阵列于表面层的上表面，各个传感器引出导线，导线布置经过表面层内部。本发明通过多种传感器更精确地检测人与机器人危险区域的相对位置的同时及时反馈控制机器人运行速度，毛发的存在延长了人的反应时间，增强了人机交互的安全性。

技术领域

本发明涉及了一种传感装置，特别是涉及了一种用于人与机器人安全交互的传感装置。

背景技术

当前，服务型机器人作为一种最实用、最贴近人们生活的机器人正在逐渐进入日常生产和生活，对人类社会发展起着日益重大的影响。

在人与服务型机器人交互的过程中，安全性成为所有环节中最基础、最重要的环节之一。在提高机器人安全性的策略上，主要有事前预防主动控制、关节柔顺设计和用黏弹性材料包裹连杆的方法。

在事前预防主动控制方面，目前有将光电传感器、超声波传感器或电容式传感器等安装在机器人上，用于机器人周围固定范围内一旦检测有人存在时，即执行脱离原来轨迹的安全控制策略，以防止碰撞事件的发生。

触觉作为信息感知的一种关键方式，可辅助服务型机器人在多元复杂的环境下完成预期动作、进行人与机器人安全交互。目前，被广泛使用的柔性触觉传感器多使用二维柔性平面结构，少有研究类似章鱼触角上的凸起结构或人体皮肤纹理结构的具有凸起特征的柔性传感器。这种二维结构难以获得较多的触觉维度信息。

发明内容

为了解决二维柔性平面结构柔性触觉传感器难以获取较多维度信息的弱点，增强柔性触觉传感器在多维度距离感知功能，提高检测人肢体与机器人危险区域的相对距离的精度和及时反馈控制机器人的运动，本发明提出了一种用于人与机器人安全交互的传感装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

本发明包含主要由柔性基底、下层电极阵列、柔性感知层、上层电极阵列和表面层从下到上依次紧密层叠黏合构成的柔性触觉传感阵列。

所述柔性触觉传感阵列中，表面层的上表面固定布置有超声波传感器、第一类毛发感受器和第二类毛发感受器，超声波传感器、第一类毛发感受器和第二类毛发感受器均间隔交错均布地阵列于表面层的上表面，各个传感器引出导线，导线布置经过表面层内部。

所述的第一类毛发感受器包含感知芯体、从感知芯体两极引出外表面绝缘的导线以及制造中使用表面层相同材料且与感知芯体结合为一个整体的表面封装部分，感知芯体外被表面封装部分包裹并通过表面封装部分固定结合到表面层上表面，导线布置经过表面层并穿出表面层。

所述的第二类毛发感受器包含感知芯体、从感知芯体两极引出外表面绝缘的导线、使用表面层相同材料且与感知芯体结合为一个整体的表面封装部分以及使用表面层相同材料且连接在表面封装部分底部和表面层之间的半球凸起，感知芯体外被表面封装部分包裹，表面封装部分结合到半球凸起顶端，导线布置经过表面层和其上的半球凸起并穿出表面层。

所述的第一类毛发感受器的尖端相比第二类毛发感受器的尖端距表面层高度较高、横截面直径较小；并且，第二类毛发感受器中，半球凸起的横截面直径较表面封装部分的横截面直径大。

所述的柔性基底上表面固定布置有下层电极阵列，柔性感知层上表面固定布置有上层电极阵列，下层电极阵列和上层电极阵列均包括多个间隔交错布置的电极片，下层电极阵列和上层电极阵列中各个电极片的布置和表面层上各个第二类毛发感受器(即半球凸起)的布置相同；下层电极阵列中将沿同一行或列方向的电极片用电极线依次串联后引出，上层电极阵列中将沿同一列或行方向的电极片用电极线依次串联后引出，下层电极阵列的电极线和上层电极阵列的电极线相正交垂直。