[发明专利]一种基于感温变色油墨材料的多模态触觉感知装置

说明书

本发明提供的一种基于感温变色油墨材料的多模态触觉感知装置，属于机器人传感器技术领域。包括外壳，该外壳内部设有图像采集摄像头、透明弹性体、发光器以及多个支撑结构组件，且该透明弹性体上部凸出于外壳顶部；透明弹性体包括由透明材料聚二甲基硅氧烷制成的透明弹性体本体，该透明弹性体本体凸出于外壳顶部的上表面涂有两层加入硅胶的感温变色油墨材料分别形成第一感温变色层和第二感温变色层，用于实现温度、纹理及接触力信息的获取。本发明首次将感温变色油墨材料应用于机器人手，在同一感知装置中集成温度、三维接触力及纹理等多模态信息的测量，具有结构简单紧凑、可重复使用、适用范围广等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于感温变色油墨材料的多模态触觉感知装置，属于机器人传感器技术领域。

背景技术

随着工业现代化的进程和电子信息产业连续的高速增长，温度传感器在精度、灵敏度等方面有了很大的提升，被广泛应用于很多领域，在工业生产、科学技术等领域发挥着重大的作用，但在机器人行业的应用甚少且具有一定的局限性。因现有的温度传感器只具有温度这一模态，较难与其他模态融合。而在机器人领域，操作过程中获取的模态越多、各个模态之间的联系越密切，机器人的智能性越强。尽管，现今的温度传感器可以被安装于机器人的手部、头部等，但当机器人抓取一个温度不均的物体时，很难获取到物体的真实温度或者物体相关的其他信息。

传统的温度传感器按传感器与被测对象的接触方式可分为两类，一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器。接触式温度传感器通过热传导及对流原理达到热平衡，其测量精度较高，并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。非接触式温度传感器与被测对象互不接触，最常用的是辐射热交换原理，其被测对象多为处于运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。而机器人在操作过程中获取接触物体的温度时，物体可能会产生运动并且环境复杂程度往往不能确定。因此，传统的温度传感器在机器人操作过程中存在很多误差隐患。

感温变色材料为特定温度下，因电子转移使该有机物的分子结构发生变化，从而实现颜色转变的一种感温材料。其可随温度的上升、下降而反复变色，内部含有微胶囊变色颗粒，粒径在1～10μm之间，并具有耐高温、抗氧化等特性。该感温变色材料可用于聚丙烯(PP)、软聚氯乙烯(S-PVC)和硅胶等透明或半透明塑料的注塑、挤塑成型；也可混入不饱和聚脂、环氧树脂、有机玻璃或尼龙单体内浇铸、模压、固化成型为油墨基材；还常用于水杯、筷子、勺子等感温产品的生产。

目前还未见将上述感温变色材料应用于机器人手的相关技术。

发明内容

本发明的目的是为了克服现已有技术的不足之处，提供一种基于感温变色油墨材料的多模态触觉感知装置。本发明首次将感温变色油墨材料应用于机器人手，本装置可用于机器人操作过程中的温度传感器，并将温度传感器与触觉传感器融合，从而提供了一种多模态触觉感知装置，该装置可获得机器人在操作过程中的三维接触力、接触物体表面的温度、纹理等多个模态的信息。

本发明为实现上述目的，采取如下技术方案：

一种基于感温变色油墨材料的多模态触觉感知装置，包括外壳，该外壳内部设有图像采集摄像头、透明弹性体以及多个支撑结构组件，且所述透明弹性体上部凸出于外壳顶部；其中，所述图像采集摄像头通过摄像头支撑板与外壳底部固连；中部支撑板位于图像采集摄像头上方且由固定在外壳底部四个角部的台肩支撑，该中部支撑板上设有透光孔；所述中部支撑板位上表面设置用于支撑透明弹性体的透明支撑块，该透明支撑块的上部四周通过中部固定板限位，该中部固定板支撑于外壳侧壁上；所述透明弹性体的下部四周设有均布的发光器，且该发光器由所述中部固定板支撑；所述图像采集摄像头的镜头、中部支撑板位的透光孔、透明支撑块和透明弹性体均共光轴设置；