多弯曲传感器制造技术

多弯曲传感器能以能够减轻误差传播的方式来提供关于传感器弯曲数据的信息。参考条带和滑动条带通过间隔件彼此分开。电极位于参考条带和滑动条带上。多弯曲传感器的弯曲将被反映在滑动条带相对于参考条带的移位和从电极获得的测量中。获得的测量中。获得的测量中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多弯曲传感器
[0001]本申请要求于2018年10月22日提交的美国临时申请第62/748,984号的权益，该临时申请的内容通过引用并入本文。本申请包括受著作权保护的材料。著作权所有者不反对任何人对本专利公开进行影印，就像它出现在专利和商标局文件或记录中，但在别的方面保留所有著作权。


[0002]所公开的装置和方法涉及感测领域，并且具体地涉及使用传感器提供定位的准确确定。

技术介绍

[0003]过去，已经采用感测手套来检测手势。一个示例是在美国专利序列号第5,097,252号中提出的数据手套(Dataglove)，该数据手套采用沿着手指的光学弯曲传感器来检测手指位置。任天堂的力量手套(Power Glove)使用了类似设计，但具有电阻式弯曲传感器。在这两种情况下，弯曲传感器都不是非常敏感，仅为每个弯曲传感器提供整体弯曲的单个测量。
[0004]弯曲传感器用于除了手指和手部感测之外的应用中。通常采用弯曲传感器以更一般地理解人类运动。另外，弯曲传感器用于机器人、感测结构中的变形和太空服监测。
[0005]为了更好地理解具有多个关节的系统的位置，一些系统已经在每个关节或在每个铰接点处使用弯曲传感器。这种方法具有限制其实用性的挑战。例如，弯曲传感器必须针对关节之间的间隔进行定制装配。由于人的尺寸变化，因此就跟踪人类运动而言，对间距的配合的需要可能是有问题的。
[0006]另外，存在来自关节测量的级联误差问题。例如，手指的每个连续区段的角度可被确定为对该区段的关节角度之和。因此，对于先前关节中的每个关节采取的角度测量中的任何误差会累积。这就是为什么机器人臂使用极其高精度的角编码器来找到适度精确的位置。不幸的是，廉价的弯曲传感器具有差的角度精度，使得它们不足以用于理解级联关节误差的影响。
[0007]系统已经尝试通过使用相机和其他感测技术以直接测量手指位置来克服该缺点。基于相机的技术受到找到好的视点(从该视点观察正在发生什么)的困难的挑战。其他位置传感器系统可能体积庞大和/或昂贵。可以使用惯性跟踪，但惯性跟踪具有严重的漂移问题。
[0008]另外，存在允许沿着光纤束的长度测量弯曲并且能够恢复特定几何形状的详细形状的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating)传感器。这些传感器难以制造并且需要大量的、庞大的仪器和复杂的校准。此外，对于大多数应用，它们是昂贵且不切实际的。
[0009]因此，需要用于通过使用传感器来准确地确定弯曲的改进的方法和装置。
附图说明
[0010]从以下对附图中所示的各实施例的更为具体的描述中，本公开的前述的及其他目标、特征、和优点将变得显而易见，在附图中，附图标记贯穿各个视图指代相同部分。附图不一定按比例绘制，而是着重于图示所公开的实施例的原理。
[0011]图1示出了传感器条带的俯视图。
[0012]图2示出了传感器条带的仰视图。
[0013]图3是滑动和参考传感器条带的示意图。
[0014]图4是示出围绕间隔件缠绕的参考条带的示图。
[0015]图5是围绕间隔件缠绕的参考条带的另一示图。
[0016]图6是由滑动条带和参考条带形成的传感器条带的另一视图。
[0017]图7是示出区段的计算的示图。
[0018]图8是示出针对曲线使用线性段分析的示图。
[0019]图9是示出线性段分析中的角度的确定的示图。
[0020]图10是示出间隔开的电极的示图。
[0021]图11是示出多平面多弯曲传感器的示图。
[0022]图12是采用三角形电极和矩形电极的多弯曲传感器的示图。
[0023]图13是进一步示出连接的采用三角形电极和矩形电极的多弯曲传感器的另一示图。
[0024]图14是采用三角形电极和矩形电极的多弯曲传感器的示图。
[0025]图15是采用三角形电极和矩形电极的多弯曲传感器的另一示图。
[0026]图16是采用三角形电极和矩形电极的多弯曲传感器的另一示图。
[0027]图17是示出具有相机芯片的平行条带的使用的示图。
[0028]图18是示出能够确定缠绕的传感器的电极图案的示图。
[0029]图19是机械多弯曲传感器的示图。
具体实施方式
[0030]本申请描述了被设计成用于准确地确定传感器的弯曲的传感器的各种实施例。多弯曲传感器检测沿传感器的长度的多个弯曲并且使用所取得的测量结果来创建传感器的当前形状的准确确定。在实施例中，多弯曲传感器包括两个平坦的柔性条带。如本文中和贯穿本申请所使用的，“条带”意味着通常在一个维度上比其宽度更长的一片材料。条带可以是矩形形状、圆筒形形状、或通常具有无定形形状，只要一个维度比另一个维度长。条带中的一者是参考条带，并且另一个条带是滑动条带。尽管条带被称为参考条带和滑动条带，但是应当理解，参考条带和滑动条带的作用是可互换的。参考条带和滑动条带由间隔件分开，并且在一端上机械地接合。参考条带和滑动条带的长度基本上相同。多个保持器可确保条带保持压靠在间隔件上，使得在被使用时条带之间的距离保持基本上恒定。在沿着参考条带的测量点处，可测量滑动条带上的对应位置，所述测量点可通过各种不同方式来确定。当多弯曲传感器是直的时，条带对齐。
[0031]例如，当条带未弯曲时，参考条带上的距离附接端1cm的测量点将与滑动条带上的也在1cm处的对应点对齐。但是如果多弯曲传感器被弯曲成圆弧或其他弯曲形状，则条带将
相对于彼此滑动。弧中的内条带将沿着比外条带更小的半径。尽管条带是相同长度，但是它们将覆盖不同的角度范围。在条带在一端上联接的情况下，弧越紧，另一端将相对于彼此滑动更多，使条带的自由端移动得更分开。多弯曲传感器通过使用电容电极或其他合适的测量方法在沿着传感器的许多点处测量这些相对移位来工作。通过使用在弯曲事件期间由测量方法获取的数据，确定多弯曲传感器的形状是可能的。即使在沿着多弯曲传感器的多个弯曲的情况下，这也是如此。
[0032]不同于在多个点处独立地测量角度的先前系统，通过测量相对移位，可以示出，在一个点处的测量误差不影响对其他点处的角度的理解。这使得多弯曲传感器对测量误差较不敏感。通过在柔性条带弯曲成复杂样式时在许多点处测量柔性条带之间的相对移位，可以确定多弯曲传感器的形状。不同于在多个点处独立地测量角度由此累积误差的先前系统，通过测量移位，在一个点处的测量误差不影响对其他点处的绝对角度的理解。这使得本专利技术对测量误差较不敏感。
[0033]现在参考图1和图2，示出了多弯曲传感器10的实施例。图1示出了多弯曲传感器10的示意性侧视图。图2示出了多弯曲传感器10的顶视图和底视图。在所示实施例中，多弯曲传感器10具有滑动条带12和参考条带14。滑动条带12在参考条带14的远端16处固定到参考条带14。在所示实施例中，存在位于滑动条带12与参考条带18之间的间隔件18。另外示出了保持器22，保持器22将滑动条带12和参考条带14保持抵靠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多弯曲传感器，包括：参考条带，其中所述参考条带上放置有第一多个电极，其中所述第一多个电极中的每一者发射信号，其中所述参考条带适配成在至少一个维度上柔性地移动；滑动条带，其中所述滑动条带上放置有第二多个电极，其中所述滑动条带被固定到所述参考条带的一部分，其中所述滑动条带适配成在与所述参考条带移动时的所述参考条带相同的方向上的至少一个维度上柔性地移动；以及可操作地连接到所述第一多个电极和所述第二多个电极的电路系统，其中从所述第一多个电极和所述第二多个电极确定的测量结果被用于确定关于所述多弯曲传感器的弯曲的信息。2.如权利要求1所述的传感器，进一步包括放置在所述参考条带与所述滑动条带之间的间隔件。3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述参考条带的所述滑动条带所固定到的所述部分是所述参考条带的远端。4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，通过确定在所述参考条带和所述滑动条带的移动期间形成的弧来分析从所述第一多个电极和所述第二多个电极确定的测量结果。5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，通过确定在所述参考条带和所述滑动条带的移动期间形成的线性段来分析从所述第一多个电极和所述第二多个电极确定的测量结果。6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述参考条带是多个参考条带中的一者，并且所述滑动条带是多个滑动条带中的一者。7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述多个参考条带和所述多个滑动条带形成网格结构。8.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述多个参考条带和所述多个滑动条带形成多个层。9.如权利要求1所述的传感器，进一步包括将所述滑动条带和所述参考条带固定到间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：触觉实验室股份有限公司，
类型：发明
国别省市：