[发明专利]一种气动软手指及基于气动软手指的硬度识别系统

说明书

本发明提出了一种气动软手指及基于气动软手指的硬度识别系统，给出了本体刚度相对较低的柔性机器人的硬度的测量系统，保证了物体安全的前提下实现了对物体硬度的线性响应；其气动软手指包括软手指本体，软手指本体为底部开口的圆柱形腔体，软手指本体的顶端设有腔体，腔体的外表面集成了柔性电容式压力传感器，腔体与进气通道相连通，进气通道与外部气体管道相连通；软手指本体的外表面设有布线槽，布线槽内固定安装有传感器信号测量线。本发明的硬度识别系统在保证物体安全的前提下实现了对物体硬度的线性响应，在充气状态和未充气状态下均可区分生肉的硬度，为代替直肠指诊进行直肠肿瘤检测提供了可能性。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，特别是指一种气动软手指及基于气动软手指的硬度识别系统。

背景技术

作为能够将外部压力转换成电信号的有效媒介，压力传感器已经成为了当下炙手可热的研究方向之一，其中电容式压力传感器因其本身结构简单、迟滞低等诸多优点无疑受到了大量科研人员的青睐。而作为传感器重要的性能指标，灵敏度的提高一直被视作大部分研究的重点。目前，设计微结构介电层和掺杂高介电常数材料已经被证实了其在调节灵敏度方面的有效性。然而，大量研究结果表明，传感器通常在整个测量范围内表现出分段式的响应，即随着压力的逐渐升高，传感器的灵敏度逐渐下降，这也就导致了信号应用难度的增加。为解决这一问题，大量的科研工作者致力于制造线性度高的电容式压力传感器。结构的优化、特殊材料的掺杂作为改善传感器线性度的方法已经得到了验证，但是传感器本身表现出较低的灵敏度又限制了其应用。因此设计一种高灵敏度、高线性度的电容式压力传感器仍然是一个挑战，这个难题的攻克将有利于电容式压力传感器在机器人领域，尤其是安全的机械抓取方面的应用。

集成触觉传感器的刚性机械抓手已经实现了在机械抓取方面的广泛应用，但是其本身的刚性结构在抓取柔软、易碎物体时却暴露了劣势所在，即难以避免因抓取力度的控制不当而导致的物体损伤。而近些年来，本体刚度相对较低的柔性机器人的出现有效降低了物体损伤的概率。同时，为了更好地实现安全抓取，能够直接反应物体物理特征的参数也成为诸多研究的重点，其中就包括硬度的测量。在抓取过程中，预先知晓目标物体的硬度将有利于精准控制抓取力的大小，进而实现对物体的零损伤抓取。因此，在保证物体不受损伤的情况下完成其材料硬度的识别成为了一个理想的研究目标。

发明内容

针对上述背景技术中存在的不足，本发明提出了一种气动软手指及基于气动软手指的硬度识别系统，给出了本体刚度相对较低的柔性机器人的硬度的测量系统，保证了物体安全的前提下实现了对物体硬度的线性响应。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种气动软手指，包括软手指本体，软手指本体为底部开口的圆柱形腔体，软手指本体的顶端设有腔体，腔体的外表面集成了柔性电容式压力传感器，腔体与进气通道相连通，进气通道与外部气体管道相连通；软手指本体的外表面设有布线槽，布线槽内固定安装有传感器信号测量线。

所述腔体设有3个，均匀设置软手指本体的顶端；所述柔性电容式压力传感器设有3个；所述进气通道设有3个；所述布线槽设有6个。

所述柔性电容式压力传感器包括上层柔性电极和下层柔性电极，上层柔性电极和下层柔性电极中间填充有介电层。

所述上层柔性电极和下层柔性电极均为表面镀有氧化铟锡的聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述介电层为自发形成的褶皱状微结构薄膜。

一种基于气动软手指的硬度识别系统，包括处理组件I、处理组件II、气路系统和控制单元；处理组件I与气路系统相连接，气路系统分别与处理组件II、控制单元相连接，控制单元与处理组件II相连接。

所述气路系统包括软手指本体、空气压缩机、气压调节比例阀、电压放大电路和气压表；

所述处理组件I包括电源I、电源II、电源III、微控制单元I；

所述处理组件II包括电源IV、微控制单元II、LCR数字电桥；