本发明专利技术公开了一种阵列式温度触觉传感装置，采用微小尺寸NTC温度敏感器件(如测温型高精度NTC电阻)作为温度敏感单元。采用温度传感器阵列分布式交叉结构，阵列分布的形状可为矩形、圆形、椭圆形、三角形等形状，阵列中每一个测温电阻一端与所在的列线相连，另一端与所在的行线相连，N×M个温度传感器检测所需的连接线数目为N+M根，可大大减少温度传感器阵列检测连线数。采用多路电子模拟开关、反馈驱动隔离电路从阵列中虚拟隔离出每一个温度敏感电阻器件，并通过该温度敏感电阻实现该点温度的精确测量，通过逐一高速扫描测量阵列中的每个器件实现阵列上所有温度点的快速测量。该阵列式温度触觉传感装置可同时动态测量一定空间范围内的温度信号，具有温度测量精度高、速度快，空间分辨率好，抗噪声干扰性能优良的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及虚拟现实技术中的触觉感知，尤其是阵列式的温度觉感知装置，该装置可实现温度觉的机器人感知，属于机器人测控领域。
技术介绍
随着电子信息技术的飞速发展，虚拟现实技术作为当前信息
研究的前沿和热点，成为二十一世纪最令人鼓舞的信息应用技术之一。“多感知、交互性和临场感”是理想的虚拟现实系统所追求的目标。技术的重要性已经被广泛认识并得到深入研究，不断优化和完善的力触觉算法及柔性、纹理触觉复现装置已能够较好地模拟虚拟场景物体柔性、 纹理力触觉特性，而形状触觉、温度触觉等触觉可以感知物体的形状特性、热量属性等，在该领域的人机交互技术研究尚少。触觉是人类感知外部世界的重要手段。温度觉作为触觉的一种在人的整个感知系统中发挥着重要作用，人手触摸不同热属性的物体时有着不同的温度感觉，据此人可以判断出物体的热属性。到目前为止，国内外对触觉的研究都集中于力触觉，力触觉再现装置的研究已比较透彻。而温度觉作为力触觉的主要辅助手段，在触觉建立过程中发挥了重要的作用，在虚拟现实技术中加入温度觉可以增强人的临场感和沉浸感。温度触觉感知技术是一项新兴的研究方向，所涉及的学科众多，跨越的学科有机械、材料、电子学等多个方面。温度触觉感知技术的深入研究，将会进一步加强其在医学、军事、机器人仿真、工业制造、教育及其娱乐各领域的广泛应用。由于温度觉感知装置中涉及热量的传递和温度的感知，为得到物体的热属性，装置对温度测量精度和分辨率提出了较高的要求，而为了进一步得到物体不同位置材质所表现出的热属性，则对温度觉感知装置提出了较高的空间分辨能力要求，阵列式温度触觉传感装置能够同时提供一定空间范围内的温度信息，为实现材料热传导特性和多材质物体热属性识别提供了手段。为实现对一定区域内的参数进行测量，通常采用集总参数传感器阵列式分布测量和分布参数平面式传感器直接测量实现，其中分布式通常采用电阻抗成像(EIT)来实现测量，其具有空间解析连续的优点，但其单点测量易受相邻位置参数的影响，因而很难实现高精度测量。集总参数传感器阵列式分布测量对各个单独位置上的参数进行测量，空间解析不连续，但传感器所处位置的测量结果受附件参数交叉干扰小，可实现精确测量，而没有分布传感器的位置可采用拟合的方法推导得到。目前国内外在阵列式传感器方面主要用于触点位置定位以及该点压力大小的研究，其传感方式常用光电式、触点式、电容式、电感式、压阻式和微机械式等。就阵列式温度觉传感器而言，1995年Franco Castelli设计了一种8 X 8阵列尺寸为18mmX 18mm触觉传感器，其中包括的温度觉感知元件采用铜热敏电阻，可应用于被接触物体的材质热属性识别。1996年Li Ping采用非扫描方式设计了一种具有快速响应的非扫描方式的触觉传感器阵列，将力、压力、温度和生化传感功能集成在一起，采用压电谐振器作为感知元件。2005年Hidekimi Takao设计了硅基多功能智能触觉图像阵列传感器，其具有应力和温度感知功能，在3. 04mmX 3. 04mm范围内实现了 6 X 6个传感器的集成，在力、 压力测量以及力和温度触点定位取得较好结果。2009年Chia Hsien Lin设计了一种具有热、力和微振动传感功能的仿生触觉传感器阵列，同时采集温度信号的交直流部分，主要通过交流部分材质进行识别，对铜、铝、钢和塑料取得了较好的识别效果。采用(FTI温度*传感*阵列)+ (FTI温度触觉传感)检索，国内基于温度的触觉感知方面专利有CN200910034949和CN201010i;34052，CN200910034949基于单个点的温度感知，其尺寸较大而不是阵列式。CN201010134052采用阵列波导光栅进行温度传感，与本装置采用的方法不同。目前国内还没有基于温度敏感电阻器件的阵列式温度触觉传感装置。
技术实现思路
针对温度触觉感知的需要，本专利技术提出了一种阵列式温度触觉传感装置。该装置可快速对一定空间范围内的温度分布及其变化进行动态测量，具有温度测量精度高、速度快、空间分辨率好、抗干扰性能优良的特点。本专利技术采用如下技术方案一种阵列式温度触觉传感装置，包括温度敏感阵列、行多路选择器及列多路选择器、 反馈驱动隔离电路，所述的温度敏感阵列由按照阵列分布的作为温度敏感单元的温度敏感电阻Rij构成，其中，I为行数，#为列数，i=l、2、…、见j=l、2、…、见温度敏感电阻 Rij的一端与行多路选择器的yu端连接，另一端与列多路选择器的Yiu端连接，行多路选择器的iiu、A2、…、％^端口和列多路选择器的l3H1、bH2、…、bHN端口都与反馈驱动隔离电路的输出电压Vf相连，列多路选择器的％1、aH2、…、端口都与测试电压V1相连，行多路选择器的bu、bL2,…、端口相连并与反馈驱动隔离电路的输入端以及采样电阻&的一端相连，采样电阻&的另一端接地，行多路选择器及列多路选择器分别由行控制信号和列控制信号控制，所述反馈驱动隔离电路的输入端作为测量电压Vu的输出端口。本专利技术采用温度传感阵列分布式结构，阵列可大于5X5，阵列中每一个测温电阻一端与所在的列线相连，另一端与所在的行线相连，其阵列分布的形状可为矩形、圆形、椭圆形、三角形等形状。温度传感器采用微小尺寸NTC温度敏感电阻，单个NTC电阻的平面尺寸不大于2mmX2mm。为消除相邻温度点的测量干扰，设计了多路选择器、反馈驱动隔离电路实现反馈驱动隔离技术对每一个温度敏感电阻进行隔离测量，每秒钟可扫描测量100个以上的温度点。本专利技术以温度触觉传感器阵列作为温度感知的核心，温度敏感单元采用微小尺寸测温型高精度NTC电阻，其平面尺寸不大于2mmX 2mm ；具有阵列交叉分布式结构，共同组成一个NXM矩阵，阵列大于5X5，阵列中每一个测温电阻一端与所在的列线相连，另一端与所在的行线相连，其阵列分布的形状可为矩形、圆形、椭圆形、三角形等形状；测量控制电路包括多路选择器和反馈驱动隔离电路，多路选择器、反馈驱动电路采用逐一扫描方式从阵列式传感器中隔离出所要测量的温度传感单元，并将该传感单元的温度信号转换的电压信号，并把该电压信号作为本装置的输出量。采用反馈驱动隔离测量技术，对阵列中的每一个温度传感单元采用电路自动先分压驱动，而后反馈，再分压，再反馈的方式将温度传感单元从阵列中虚拟隔离出来测量，并将最终稳定电压输出给后继测量电路，单个温度传感器的隔离驱动扫描测量时间小于10ms(l U s)。本专利技术装置的工作原理行控制信号和列控制信号分别控制行多路选择器1、列多路选择器2的每个选择单元的选择情况。阵列中温度传感器检测各自所处位置的温度， 并将温度变化转换为相应电阻变化。根据所要测量的电阻在阵列中所处的位置，列控制信号控制列多路选择器选择被测电阻相应列与所要加载测试电压VI相连，忽略列多路选择器的导通电阻，此时该列电压与所加载测试电压相等，而其它列j与反馈电压VF相连，这些列上的电压值与VF相等，而后行控制信号控制行多路选择器选择被测电阻相应行i与分压电阻RS相连，其它行也与反馈电压线相连通，忽略行多路选择器的导通电阻，这些行上的电压值也与VF相等，测试电压VI通过被测电阻Rij连接到分压采样电阻RS到信号地，在被测电阻和分压采样电阻连接处的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种阵列式温度触觉传感装置，其特征在于，包括：温度敏感阵列、行多路选择器（１）及列多路选择器（２）、反馈驱动隔离电路（３），所述的温度敏感阵列由按照Ｍ＊Ｎ阵列分布的作为温度敏感单元的温度敏感电阻Ｒｉｊ构成，其中， Ｍ为行数，Ｎ为列数，ｉ＝１、２、…、Ｍ，ｊ＝１、２、…、Ｎ，温度敏感电阻Ｒｉｊ的一端与行多路选择器的ｙＬｉ端连接，另一端与列多路选择器（２）的ｙＨｊ端连接，行多路选择器（１）的ａＬ１、ａＬ２、…、ａＬＭ端口和列多路选择器（２）的ｂＨ１、ｂＨ２、…、ｂＨＮ端口都与反馈驱动隔离电路（３）的输出电压ＶＦ相连，列多路选择器（２）的ａＨ１、ａＨ２、…、ａＨＮ端口都与测试电压ＶＩ相连，行多路选择器（１）的ｂＬ１、ｂＬ２、…、ｂＬＭ端口相连并与反馈驱动隔离电路（３）的输入端以及采样电阻ＲＳ的一端相连，采样电阻ＲＳ的另一端接地，行多路选择器（１）及列多路选择器（２）分别由行控制信号和列控制信号控制，所述反馈驱动隔离电路（３）的输入端作为测量电压Ｖｉｊ的输出端口。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑锋，李建清，于忠洲，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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