專利名稱：一種陣列式機器人觸覺傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于機器人的觸覺傳感器。
背景技術(shù)：
機器人觸覺在機器人感覺系統(tǒng)中占有非常重要的地位，它具有視覺等其他感覺無法替代的功能。視覺一般須借助光照完成，當(dāng)光照受限時，與人的感覺一樣，觸覺的重要性就突顯出來。更為重要的是，觸覺還能感知物體的一些表面特性和物理性能柔軟性、硬度、彈性、粗糙度、材質(zhì)等，因此觸覺是機器人感覺系統(tǒng)中最重要的傳感器之一。迄今為止，已有多種工作原理和結(jié)構(gòu)形式的陣列觸覺傳感器成果誕生。Bert Tise等人開發(fā)了壓阻硅橡膠制成的陣列觸覺傳感器；將光纖以一定的結(jié)構(gòu)層疊，利用光纖受壓后透過光纖的光強減弱的方法，Jenstrom等人研制了光纖陣列傳感器；以壓電材料PVDF為敏感材料，感壓源信號直接與制作在基板上的MOSFET電荷放大器相聯(lián)，可以實現(xiàn)壓電式陣列觸覺；在彈性薄膜材料兩側(cè)鍍膜陣列式金屬電極，當(dāng)物體觸壓傳感器時，由陣列交叉單元的金屬電極極板之間所構(gòu)成的電容發(fā)生改變，得到電容式觸覺傳感器。為得到高密度、小型和集成化的陣列觸覺傳感器，陣列觸覺傳感器的制作工藝也有很大的改進，例如，利用半導(dǎo)體集成制作工藝，放大、采樣電路ASIC化等。由于應(yīng)用場合不同，觸覺傳感器結(jié)構(gòu)和物理原理往往也不盡相同。在陣列觸覺具體應(yīng)用時，傳感器的表面順應(yīng)性、外接引線數(shù)量及可靠性是極其重要的因素，也是傳感器是否實用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以提高抗干擾性能、減少外接引線的壓阻式陣列觸覺傳感器的結(jié)構(gòu)。
陣列式機器人觸覺傳感器由上至下依次包括復(fù)合封裝層、陣列狀導(dǎo)電橡膠敏感層、電極和厚膜電路。所述的復(fù)合封裝層包括表面的外層保護橡膠層和其下部的內(nèi)層公共導(dǎo)電橡膠層。所述的導(dǎo)電橡膠敏感層包括成平面陣列間隔分布的絕緣橡膠和導(dǎo)電橡膠。所述的電極與導(dǎo)電橡膠敏感層的導(dǎo)電橡膠連通，并且按照行列均勻平面分布。
所述的厚膜電路包括多選一模擬開關(guān)、譯碼器、計數(shù)器和運算放大器的集成電路裸片及相應(yīng)的電路板。計數(shù)器輸出端與譯碼器的輸入端連接，譯碼器的輸出端與多選一模擬開關(guān)的選通接口連接，多選一模擬開關(guān)輸出端連接運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端就是厚膜電路的信號輸出。所述的厚膜電路與復(fù)合封裝層的內(nèi)層公共導(dǎo)電橡膠層連通。
多選一模擬開關(guān)、譯碼器、計數(shù)器和運算放大器的集成電路裸片均可以通過購買取得。將多選一模擬開關(guān)、譯碼器、計數(shù)器和運算放大器四種型號的集成電路裸片邦定在電路板上也是成熟技術(shù)。
本實用新型的機器人觸覺傳感器將采樣電路的各種功能以厚膜電路的形式當(dāng)?shù)鼗捎趥鞲衅鞑课?，這種獨特的結(jié)構(gòu)與組合方式不僅使傳感器的抗干擾性能大大提高，還實現(xiàn)了傳感器的小型化和外接引線數(shù)量的降低。這種介于分離電路和專用集成電路之間的觸覺傳感器采樣電路的實現(xiàn)方法，降低了小批量電路試制的技術(shù)風(fēng)險。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中導(dǎo)電橡膠敏感層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中厚膜電路的電路示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，機器人觸覺傳感器由上至下依次包括由表面的外層保護橡膠層11和其下部的內(nèi)層公共導(dǎo)電橡膠層12組成的復(fù)合封裝層、微單元間隔離的陣列狀導(dǎo)電橡膠敏感層13、電極14和厚膜電路15。電極14與導(dǎo)電橡膠敏感層13的導(dǎo)電橡膠22多點連通，并且按照行列均勻平面分布。如圖2所示，導(dǎo)電橡膠敏感層13包括成平面陣列間隔分布的絕緣橡膠21和導(dǎo)電橡膠22。該導(dǎo)電橡膠22為電阻值可以改變的的敏感材料，當(dāng)導(dǎo)電橡膠受壓時，其兩端部間的電阻值變小。如圖3所示，厚膜電路15包括多選一模擬開關(guān)、譯碼器、計數(shù)器和運算放大器的集成電路裸片及相應(yīng)的電路板。計數(shù)器輸出端與譯碼器的輸入端連接，譯碼器的輸出端與多選一模擬開關(guān)的選通接口連接，多選一模擬開關(guān)輸出端連接運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端就是厚膜電路15的信號輸出。厚膜電路15共有六根引出線，分別是正負(fù)電源線、地線、地址復(fù)位線、地址脈沖線和信號輸出線。
傳感器通過金屬封裝直接安裝在機械手的手指上，當(dāng)傳感器接觸到被抓取的工件時，受壓敏感區(qū)域?qū)?yīng)的導(dǎo)電橡膠敏感層產(chǎn)生壓力，對應(yīng)觸覺單元(導(dǎo)電橡膠敏感層中的微單元間隔離的陣列狀的導(dǎo)電橡膠)兩側(cè)的電阻發(fā)生變化，經(jīng)電極導(dǎo)入采樣電路(即厚膜電路)，轉(zhuǎn)換成電壓輸出。復(fù)合封裝層的內(nèi)層公共導(dǎo)電橡膠層構(gòu)成柔軟的公共電極，與采樣電路“地”連接，具有良好的屏蔽效果。工作中，對應(yīng)觸覺單元地址的脈沖信號(脈沖個數(shù)與觸覺單元的編號相對應(yīng))輸入厚膜電路的計數(shù)器，得到編碼值，由譯碼器完成譯碼，選通與所給定的脈沖數(shù)相對應(yīng)的觸覺單元，連接運算放大器，使該觸覺單元的電阻值變化直接反映為運算放大器的輸出電壓變化，由此推得觸覺單元所受到的壓力值。計數(shù)器復(fù)位時，計數(shù)器送出的編碼值為零。
權(quán)利要求1.一種陣列式機器人觸覺傳感器，其特征在于由上至下依次包括復(fù)合封裝層、陣列狀導(dǎo)電橡膠敏感層(13)、電極(14)和厚膜電路(15)；所述的復(fù)合封裝層包括表面的外層保護橡膠層(11)和其下部的內(nèi)層公共導(dǎo)電橡膠層(12)；所述的導(dǎo)電橡膠敏感層(13)包括成平面陣列間隔分布的絕緣橡膠(21)和導(dǎo)電橡膠(22)；所述的電極(14)與導(dǎo)電橡膠敏感層(13)的導(dǎo)電橡膠(22)連通，并且按照行列均勻平面分布；所述的厚膜電路(15)包括多選一模擬開關(guān)、譯碼器、計數(shù)器和運算放大器的集成電路裸片及相應(yīng)的電路板，計數(shù)器輸出端與譯碼器的輸入端連接，譯碼器的輸出端與多選一模擬開關(guān)的選通接口連接，多選一模擬開關(guān)輸出端連接運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端就是厚膜電路的信號輸出，所述的厚膜電路(15)與復(fù)合封裝層的內(nèi)層公共導(dǎo)電橡膠層(12)連通。
專利摘要本實用新型涉及應(yīng)用于機器人的觸覺傳感器。本實用新型由上至下依次包括復(fù)合封裝層、導(dǎo)電橡膠敏感層、電極和厚膜電路。復(fù)合封裝層包括外層保護橡膠層和內(nèi)層公共導(dǎo)電橡膠層。導(dǎo)電橡膠敏感層包括成平面陣列間隔分布的絕緣橡膠和導(dǎo)電橡膠。電極與導(dǎo)電橡膠敏感層的導(dǎo)電橡膠連通，并且按照行列均勻平面分布。厚膜電路包括多選一模擬開關(guān)、譯碼器、計數(shù)器和運算放大器的集成電路裸片及相應(yīng)的電路板。本實用新型將采樣電路的各種功能以厚膜電路的形式當(dāng)?shù)鼗?，集成于傳感器部位，不僅使傳感器的抗干擾性能大大提高，還實現(xiàn)了傳感器的小型化和外接引線數(shù)量的降低。這種介于分離電路和專用集成電路之間的觸覺傳感器采樣電路的實現(xiàn)方法，降低了小批量電路試制的技術(shù)風(fēng)險。
文檔編號B25J19/02GK2820474SQ20052001460
公開日2006年9月27日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者羅智增 申請人:杭州電子科技大學(xué)