[发明专利]一种摩擦电式变刚度软体手爪状态监测传感器及其测试方法

说明书

本发明提出一种摩擦电式变刚度软体手爪状态监测传感器及其测试方法。该传感器包括角度监测单元和刚度监测单元，角度监测单元包括硅胶基底和液态金属电极，在液态金属电极两侧末端设有信号输出端口以监测电阻变化；刚度监测单元包括铝球电极和外部包裹装置，外部包裹装置之间通过硅胶粘合剂连接，铝球填充于包裹装置内部。铝球在软体手指整体结构中不仅可以充当检测元件，还可以充当手指的刚度调节元件。当手爪弯曲时，液态金属层拉伸使得电阻发生变化，当手爪变刚度时，外部包裹装置与铝球接触改变铝球电极的电压，随着刚度的变化产生不同的电信号。本发明可实现对软体手爪弯曲角度和刚度检测，具有测量范围广、测量精度高和服役寿命长等优点。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别是涉及一种摩擦电式变刚度软体手爪状态监测传感器及其测试方法。

背景技术

随着物流行业的发展，传统物流在仓储分拣方面由于其时效性低，成本高的缺点已无法满足当前社会快节奏的需求，成为了阻碍物流行业发展的主要原因。近年来，智能物流蓬勃发展，通过网络物理系统、物联网等智能技术手段，实现智能分析，从而提高物流运作效率，为了提高无人分拣的效率和灵活性，刚性机械手被广泛应用于分拣系统并取得了显著效果。然而，刚性机械手大多由金属材料制成，安全性差，适应性有限，特别是在水果、鸡蛋等易碎、易脆物分拣过程中，容易造成表皮损伤，难以实现无损分拣，造成一定的经济损失。近年来，软体手爪由于其固有的柔顺性和强大的适应性受到广泛关注,有望实现无损分拣，目前已经广泛用于制造行业。

传感器作为机器与计算机连接的桥梁，在智能化的进程中至关重要。软体手爪一方面需要传感器来监测夹持行为，另一方面需要在保证柔顺性的前提下能够模拟人手，在抓取不同重物时改变刚度，增强鲁棒性。传统传感器中的电位器及编码器限制了软体手爪的非线性变形，影响了软体手爪的灵活性，不适合应用于软体手爪的夹持行为监测领域。目前常见的软体手爪行为监测方式有光检测、导电纳米复合材料和电磁效应。然而上述方法仍存在一些弊端，例如通常的视觉识别在黑暗空间中不起作用，若单独增加光源会使机构过于复杂，电磁效应检测需要额外添加磁场。

因此，迫切需要设计一种结构简单、易于集成、精度高且稳定可靠的新型监测结构，既满足手爪变刚度需求，又可以实时监测到手爪各项参数，以满足现代机械装备小型化，智能化的需求。

发明内容

本发明目的是为了解决需要设计一种结构简单、易于集成、精度高且稳定可靠的变刚度软体手爪状态监测传感器以满足当前物流行业分拣智能化的问题，提出了一种摩擦电式变刚度软体手爪状态监测传感器及其测试方法。所述传感器及其测试方法可以实现对软体手爪弯曲角度及刚度的实时监测。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种摩擦电式变刚度软体手爪状态监测传感器，所述传感器包括：角度监测单元2和刚度监测单元3，所述角度监测单元2包括上层基底21、液态金属电极层22和下层基底23，所述刚度监测单元3包括基底31、铝球电极32、铝球套33和限制层34，其中铝球套33上开有一个抽气孔331，所述上层基底21和基底31重合。

进一步地，所述角度监测单元2的上层基底21通过Sil-Poxy硅胶粘合剂连接于软体手爪1，所述下层基底23是在上层基底21基础上浇筑而成，所述液态金属电极层22通过注射器注入上层基底21与下层基底23中间的通道。

进一步地，所述刚度监测单元3的基底31与铝球套33通过Sil-Poxy硅胶粘合剂连接，铝球套33与限制层34通过Sil-Poxy硅胶粘合剂连接，铝球电极32填满基底31、铝球套33与限制层34组成的长方体腔室。

进一步地，所述上层基底21与下层基底23材质均为Dragon skin30，液态金属为液态镓铟锡铋合金。

进一步地，所述铝球电极32由实心铝球组成，铝球套33材质为Dragon skin30，限制层34材质为环氧树脂。