本发明专利技术提出一种基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器、机器人及其测试方法。传感器包括Ecoflex基体构成的液态金属电极、铜箔和PEEK薄片构成的屈曲电极。本发明专利技术可同时作为抓取系统、二维运动系统和触觉系统传感器。作为抓取系统传感器时可以检测被抓物体的尺寸，并记录物体从抓取到释放的过程；作为二维运动系统传感器时可以感知二维软体机器人两个方向的运动状态及机器人绝对位置；作为触觉系统传感器时，可应用于仿尺蠖软体机器人，可以感知外界环境的触碰，以便于实时调整机器人的高度实现自适应避障；综上，本发明专利技术在软体机器人中可以兼顾运动传感和触觉反馈等多个功能，具有制备工艺简单、检测精度高、适用对象范围广等优点。优点。优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器、机器人及其测试方法
[0001]本专利技术属于传感器
，特别是涉及一种基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器、机器人及其测试方法。
技术介绍
[0002]机器人需要传感器来监测和感知它们的运动，甚至需要多个不同功能的传感器相互协作以使这些机器人完成特定的高精度任务，然而电位器及编码器等传统传感器难以满足软体机器人自由度多及变形非线性强的特性，在软体机器人领域发展的局限性较大。因此，需要开发一种柔性、可拉伸的多功能传感器以实现软体机器人的多种运动形式感知。提出的常用于软体机器人运动检测与感知的方法包括光检测、压电、电磁效应、导电纳米复合材料等，然而上述方法因存在一些不足导致应用受限，例如纳米复合材料存在非线性或蠕变的问题，光检测和电磁效应需要单独外加光源和磁场等。
技术实现思路
[0003]本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器、机器人及其测试方法。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器，所述传感器包括：液态金属1、Ecoflex基体2、铜箔3和PEEK薄片4；所述液态金属1注入到Ecoflex基体2中形成液态金属电极，铜箔3和PEEK薄片4通过粘接形成屈曲电极；液态金属基底一面与屈曲电极粘接，一面与被测物体表面粘接，即附着在被测物体表面；屈曲电极与液态金属电极两端粘接处连有导线。
[0005]本专利技术提出一种包括所述的摩擦电多功能传感器的软体手爪抓取机器人，所述机器人包括被抓物体5、软体手爪6和抓取机器人本体7；所述软体手爪6与抓取机器人本体7固定连接，用于抓取被抓物体5；所述的软体手爪6包括抓取系统传感器8和软体手爪本体9；所述抓取系统传感器8即为基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器。
[0006]进一步地，所述抓取系统传感器8粘接于软体手爪本体9的表面上，当软体手爪6在气动的作用下重复弯曲—伸直动作时，随着软体手爪6弯曲角度不断变大，屈曲电极表面与液态金属电极表面距离不断减小直至贴合；随着软体手爪6弯曲角度不断减小，屈曲电极表面与液态金属电极表面距离不断增大直至分离，在此过程中抓取系统传感器8两端产生电信号。
[0007]进一步地，所述抓取系统传感器8包括硅胶基体81、抓取系统传感器液态金属82和抓取系统传感器屈曲电极83；抓取系统传感器液态金属82注入硅胶基体81中形成抓取系统传感器液态金属电极，抓取系统传感器屈曲电极83粘贴于抓取系统传感器液态金属电极表面。
[0008]本专利技术提出一种包括所述的摩擦电多功能传感器的二维软体机器人，所述机器人
包括二维软体机器人本体10和运动系统传感器11；所述运动系统传感器11即为基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器；所述运动系统传感器11粘接于二维软体机器人本体10表面。
[0009]进一步地，所述的运动系统传感器11包括运动系统传感器液态金属电极12、y向屈曲电极13和x向屈曲电极14；所述x向屈曲电极14和y向屈曲电极13分别粘接于运动系统传感器液态金属电极12上；x向屈曲电极14和y向屈曲电极13彼此绝缘，互不干扰，二者呈90
°
正交布置。
[0010]进一步地，二维软体机器人本体10在向某一个方向动作时只有该方向的屈曲电极被拉伸或收缩，另外一个方向的电极不受影响，由此能够独立地测量和读取两个方向的运动信号；即机器人某个方向产生运动时只有对应方向的电极才会被拉伸，而另外一个方向的电极形状保持不变，这样可以通过一个电极独立地测量两个方向的运动信号，从而对机器人的平面运动进行精准的定位。
[0011]本专利技术提出一种包括所述的摩擦电多功能传感器的仿尺蠖软体机器人，所述机器人包括仿尺蠖软体机器人本体15和触觉系统传感器16；所述触觉系统传感器16即为基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器，所述触觉系统传感器16粘接于仿尺蠖软体机器人本体15的表面。
[0012]进一步地，当仿尺蠖软体机器人正常爬行时，触觉系统传感器16实时检测弯曲状态，正常爬行状态下的传感器反馈的电压信号为U1，遇到障碍物时其表面的屈曲电极受到挤压，电压信号会突然急剧增大，反馈给控制器，控制器控制仿尺蠖软体机器人的弯曲高度，使H2<H1，再使触觉系统传感器16反馈的电压信号U2表现为U2<U1，从而使仿尺蠖软体机器人顺利爬出障碍物。
[0013]本专利技术提出一种所述的机器人的测试方法，包括以下步骤：
[0014]步骤S1：将基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器电极两端通过导线连接至静电计；
[0015]步骤S2：将静电计所检测到的电信号与被测机器人运动状态进行拟合，对传感器进行标定；
[0016]步骤S3：通过控制被测机器人进行重复动作，对基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器的重复精度进行测试；
[0017]步骤S4：通过控制被测机器人完成相应功能，将实测的距离和角度数据与传感器反馈的数据进行对比，对基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器的测量准确度进行测试。
[0018]与现有技术相比，本专利技术所述的基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器、机器人及其测试方法的优点是：
[0019](1)基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器同时具备抓取和二维运动状态检测和触觉感知功能，可同时作为抓取系统传感器、二维运动系统传感器和触觉系统传感器使用；
[0020](2)基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器的结构简单，原理可靠；使用时依附于被测物体的表面，占据的空间较小；
[0021](3)基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器的准确度较高，对被抓物体尺寸预
测准确率高达91.67％，对机器人位置预测的准确率可达83.33％，可靠性较强；
[0022](4)基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器的测试方法较简单，将传感器的电极与示波器相连接，即可观察到传感器输出的电信号；在软体机器人上使用时，可以通过控制软体机器人的运动，对传感器功能进行标定和性能测试；
[0023](5)基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器可用于软体机器人上，弥补了现阶段适配软体机器人的多功能传感器数量较少的不足，有利于软体机器人领域的发展。
附图说明
[0024]图1基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器结构示意图；
[0025]图2基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器工作原理示意图；
[0026]图3软体手爪抓取机器人示意图；
[0027]图4软体手爪结构示意图；
[0028]图5抓取系统传感器测试输出曲线图；其中，(a)循环1000个周期抓取系统传感器输出电压曲线，(b)在抓取、移动和松开动作中抓取系统传感器输出电压曲线；(c)抓取不同尺寸的物体时的响应特性曲线；
[0029]图6二维软体机器人系统结构示意图；
[0030]图7二维运动传感器测试输出曲线图；其中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器，其特征在于，所述传感器包括：液态金属(1)、Ecoflex基体(2)、铜箔(3)和PEEK薄片(4)；所述液态金属(1)注入到Ecoflex基体(2)中形成液态金属电极，铜箔(3)和PEEK薄片(4)通过粘接形成屈曲电极；液态金属基底一面与屈曲电极粘接，一面与被测物体表面粘接，即附着在被测物体表面；屈曲电极与液态金属电极两端粘接处连有导线。2.一种包括权利要求1所述的摩擦电多功能传感器的软体手爪抓取机器人，其特征在于，所述机器人包括被抓物体(5)、软体手爪(6)和抓取机器人本体(7)；所述软体手爪(6)与抓取机器人本体(7)固定连接，用于抓取被抓物体(5)；所述的软体手爪(6)包括抓取系统传感器(8)和软体手爪本体(9)；所述抓取系统传感器(8)即为基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器。3.根据权利要求2所述的软体手爪抓取机器人，其特征在于，所述抓取系统传感器(8)粘接于软体手爪本体(9)的表面上，当软体手爪(6)在气动的作用下重复弯曲—伸直动作时，随着软体手爪(6)弯曲角度不断变大，屈曲电极表面与液态金属电极表面距离不断减小直至贴合；随着软体手爪(6)弯曲角度不断减小，屈曲电极表面与液态金属电极表面距离不断增大直至分离，在此过程中抓取系统传感器(8)两端产生电信号。4.根据权利要求3所述的软体手爪抓取机器人，其特征在于，所述抓取系统传感器(8)包括硅胶基体(81)、抓取系统传感器液态金属(82)和抓取系统传感器屈曲电极(83)；抓取系统传感器液态金属(82)注入硅胶基体(81)中形成抓取系统传感器液态金属电极，抓取系统传感器屈曲电极(83)粘贴于抓取系统传感器液态金属电极表面。5.一种包括权利要求1所述的摩擦电多功能传感器的二维软体机器人，其特征在于，所述机器人包括二维软体机器人本体(10)和运动系统传感器(11)；所述运动系统传感器(11)即为基于受控屈曲结构的摩擦电多功能传感器；所述运动系统传感器(11)粘接于二维软体机器人本体(10)表面。6.根据权利要求5所述的二维软体机器人，其特征在于，所述的运动系统传感器(11)包括运动系统传感器液态金属电极(12)、y向屈曲电极(13)和...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，徐金随，李一涵，解志杰，岳洪浩，任铭扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。