專利名稱：智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能機(jī)器人的觸覺傳感裝置，具體涉及到穿戴在智能機(jī)器人身上的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝。
背景技術(shù)：
在一些涉及人體的沖撞試驗(yàn)(例如，載人汽車的沖撞試驗(yàn))中、或者其他可能對(duì)人體造成傷害的有接觸壓力的試驗(yàn)中，為避免真人的身體受到傷害，人們往往會(huì)利用具有相應(yīng)感知能力的智能機(jī)器人來代替人體進(jìn)行試驗(yàn)。為此，人們要在智能機(jī)器人的相關(guān)部位上安裝若干感應(yīng)壓力大小的觸覺傳感裝置。通過這些觸覺傳感裝置，檢測(cè)出人體可能受到?jīng)_撞的部位和對(duì)這些部位的沖撞力的大小，從而為改進(jìn)產(chǎn)品(例如，載人汽車)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在迄今為止提出的智能機(jī)器人觸覺傳感方法及其裝置中，有使用壓電橡膠的，有利用PVDF膜的壓電效應(yīng)獲得力覺信息的，也有用超聲波或壓力引起電容變化，還有用機(jī)械開關(guān)、用光波導(dǎo)的等等方案，在這些方案中，多考慮將觸覺傳感用于機(jī)器人手部、指部，有個(gè)別方案用于機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)處。顯然，目前的智能機(jī)器人觸覺傳感方法及其裝置存在有以下不足一是這些傳感裝置中的觸覺敏感單元的成本較高，若要對(duì)人體所有需要關(guān)心的部位均對(duì)應(yīng)地安裝上這些傳感裝置中的觸覺敏感單元的話，就必須增加很多相同或不同的觸覺敏感單元。這樣一來，其試驗(yàn)成本就大幅度地增加了。所以，現(xiàn)有的觸覺傳感裝置的觸覺感應(yīng)部分的面積均太小。二是若把成本放在次要位置、仍用現(xiàn)有的觸覺敏感單元來增大觸覺感應(yīng)部分面積的話，該較大面積的觸覺感應(yīng)部分的柔韌性、耐彎折和耐沖擊性能又不好。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是，提供一種具有很好的柔韌性、觸覺感應(yīng)部分的面積大、成本低廉的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝。
為達(dá)發(fā)明目的，提供這樣一種智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，該服裝由可以穿戴在智能機(jī)器人身上的服裝本身和安置在該服裝上的觸覺傳感蒙皮構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于，其中的觸覺傳感蒙皮由依次重疊在一起的有若干導(dǎo)電絲線呈面狀布置于其上的導(dǎo)電絲織物、有與該導(dǎo)電絲線對(duì)應(yīng)且呈行列分布的觸點(diǎn)區(qū)域的開關(guān)接頭導(dǎo)電織物、彈性絕緣襯墊網(wǎng)和有一整塊導(dǎo)電膜的接地導(dǎo)電織物構(gòu)成。顯然，開關(guān)接頭導(dǎo)電織物上呈行列分布的觸點(diǎn)區(qū)域是互不連通的。
進(jìn)一步的區(qū)別特征是，其中的開關(guān)接頭導(dǎo)電織物上的觸點(diǎn)區(qū)域和接地導(dǎo)電織物上的導(dǎo)電膜均是或分別是，在絕緣織物上覆蓋的一層導(dǎo)電薄膜、或用化學(xué)鍍的方式在絕緣織物上鍍覆導(dǎo)電微粒后而形成的導(dǎo)電薄膜。
更進(jìn)一步的區(qū)別特征是，彈性絕緣襯墊網(wǎng)的厚度足以在該觸覺傳感蒙皮沒有受到壓力時(shí)、能夠隔斷開關(guān)接頭導(dǎo)電織物與接地導(dǎo)電織物，其網(wǎng)格的排列、網(wǎng)眼的大小與開關(guān)接頭導(dǎo)電織物上的觸點(diǎn)區(qū)域保持一致，以確保在該觸覺傳感蒙皮受到壓力時(shí)開關(guān)接頭導(dǎo)電織物上的觸點(diǎn)區(qū)域與接地導(dǎo)電織物可靠電接觸。顯然，通過改變觸點(diǎn)區(qū)域的隊(duì)列數(shù)量(和對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電絲線的數(shù)量)、彈性絕緣襯墊網(wǎng)的網(wǎng)眼大小、網(wǎng)眼間隔、襯墊厚度等，可以改變觸覺傳感蒙皮的檢測(cè)靈敏度。
當(dāng)機(jī)器人與外界接觸，其身上穿戴的觸覺傳感服裝受到外力時(shí)，服裝中觸覺傳感蒙皮因受到擠壓而使得其中的彈性絕緣襯墊網(wǎng)受到壓縮，當(dāng)繼續(xù)壓縮到開關(guān)接頭導(dǎo)電織物上的某些觸點(diǎn)區(qū)域透過彈性絕緣襯墊網(wǎng)的網(wǎng)眼接觸到接地導(dǎo)電織物上的導(dǎo)電膜后，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電絲線、觸點(diǎn)區(qū)域和接地導(dǎo)電織物上的導(dǎo)電膜電路閉合，電流流過，就能輸出觸覺傳感信息了。這樣，就可以根據(jù)導(dǎo)通的行列式觸點(diǎn)區(qū)域的行列坐標(biāo)和點(diǎn)數(shù)，檢測(cè)出機(jī)器人身上的受力部位和受力面積。
采用導(dǎo)電織物制作觸覺傳感蒙皮的觸覺傳感服裝，比起導(dǎo)電橡膠、塑料膜等方法來更柔軟，這樣就可以把該觸覺傳感服裝做得與機(jī)器人身上的曲線十分貼合，也就能把觸覺傳感蒙皮做得足夠人；而且制作過程采用的材料比較便宜，成本相對(duì)低廉，因此僅從成本方面考慮也允許把服裝上的觸覺傳感裝置的總面積做得較大；觸覺傳感蒙皮質(zhì)地柔軟，而且改變彈性絕緣襯墊網(wǎng)的網(wǎng)孔大小或網(wǎng)孔間隔、襯墊厚度等可以控制觸覺傳感服裝的靈敏度大小，因此該觸覺傳感服裝能夠具有較高的測(cè)試靈敏度。綜上所述，本發(fā)明具有成本低廉、檢測(cè)面積(即觸覺感應(yīng)的面積)大、測(cè)試靈敏度高、柔韌性好的優(yōu)點(diǎn)。若加上合適的保護(hù)層，本發(fā)明還有耐磨損、受沖擊時(shí)不易損壞，可像縫制人體服裝一樣根據(jù)機(jī)器人的形狀進(jìn)行剪裁和縫制(或粘接)加工，穿戴于智能機(jī)器人身上能感知受力部位及接觸物外形輪廓等特點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1——本發(fā)明的觸覺傳感蒙皮的分層結(jié)構(gòu)的分解示意2——本發(fā)明的一件觸覺傳感服裝裁片示意圖具體實(shí)施方式
智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝(參考圖1)。該服裝由可以穿戴在智能機(jī)器人身上的服裝本身和安置在該服裝上的觸覺傳感蒙皮1構(gòu)成。其中的觸覺傳感蒙皮1由依次重疊在一起的有若干導(dǎo)電絲線21呈面狀布置于其上的導(dǎo)電絲織物2、有與該導(dǎo)電絲線21對(duì)應(yīng)且呈行列分布的觸點(diǎn)區(qū)域31的開關(guān)接頭導(dǎo)電織物3、彈性絕緣襯墊網(wǎng)4和有一整塊導(dǎo)電膜51的接地導(dǎo)電織物5構(gòu)成。它們中的導(dǎo)電絲織物2上的導(dǎo)電絲線21的一端作為電信號(hào)輸出端與后端的信號(hào)處理電路連接，導(dǎo)電絲線21的另一端穿過所在的導(dǎo)電絲織物2與開關(guān)接頭導(dǎo)電織物3上的觸點(diǎn)區(qū)域31接觸并導(dǎo)通。因此，導(dǎo)電絲織物2與開關(guān)接頭導(dǎo)電織物3應(yīng)當(dāng)很好地縫合在一起。顯然，所述織物可以是任何本身具有絕緣性能的、柔軟的紡織品，其上的觸點(diǎn)區(qū)域31和導(dǎo)電膜51在保證不嚴(yán)重破壞織物柔軟性的前提下，可以采用現(xiàn)有的任何技術(shù)或手段覆蓋或鍍覆在對(duì)應(yīng)的織物之上。
進(jìn)一步講，其中的開關(guān)接頭導(dǎo)電織物3上的觸點(diǎn)區(qū)域31和接地導(dǎo)電織物5上的導(dǎo)電膜51均是或分別是，在絕緣織物上覆蓋的一層導(dǎo)電薄膜、或用化學(xué)鍍的方式在絕緣織物上鍍覆導(dǎo)電微粒后而形成的導(dǎo)電薄膜。也就是說，或者在兩種織物上均是覆蓋了一層相應(yīng)的導(dǎo)電薄膜，或者在兩種織物上均是用化學(xué)鍍的方式、鍍覆導(dǎo)電微粒后而形成的相應(yīng)導(dǎo)電薄膜，或者在兩種織物上分別采用上述不同的技術(shù)或手段、覆蓋上或鍍覆上相應(yīng)的導(dǎo)電薄膜。
更進(jìn)一步地說，為提高靈敏度和準(zhǔn)確性，彈性絕緣襯墊網(wǎng)4的厚度應(yīng)足以在該觸覺傳感蒙皮沒有受到壓力時(shí)、能夠隔斷開關(guān)接頭導(dǎo)電織物3與接地導(dǎo)電織物5，其網(wǎng)格的排列、網(wǎng)眼的大小與開關(guān)接頭導(dǎo)電織物3上的觸點(diǎn)區(qū)域31保持一致，以確保在該觸覺傳感蒙皮受到壓力時(shí)開關(guān)接頭導(dǎo)電織物3上的觸點(diǎn)區(qū)域31與接地導(dǎo)電織物5可靠電接觸，即以觸點(diǎn)區(qū)域31為核心構(gòu)成一個(gè)觸覺敏感單元。在通常情況下，彈性絕緣襯墊網(wǎng)4的厚度通常為1mm左右。當(dāng)然，根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的檢測(cè)靈敏度要求，觸點(diǎn)區(qū)域31的隊(duì)列數(shù)量(和對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電絲線21的數(shù)量)、彈性絕緣襯墊網(wǎng)4的網(wǎng)眼大小、網(wǎng)眼間隔、襯墊厚度等，可以(通過更換)調(diào)整。
在上述
具體實(shí)施例方式
中，導(dǎo)電絲線21是用化學(xué)鍍的方式在聚脂材料纖維絲的外表面鍍覆導(dǎo)電微粒而成，然后用環(huán)氧導(dǎo)電膠將導(dǎo)電絲線21粘附在織物上。由于每個(gè)觸點(diǎn)區(qū)域31對(duì)應(yīng)一根引出導(dǎo)線，觸點(diǎn)區(qū)域31越多，引出導(dǎo)電絲線21也越多，若用傳統(tǒng)的導(dǎo)線，將可能妨礙機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。而用本辦法制作出的引出導(dǎo)電絲線，能克服這一缺陷，即能更進(jìn)一步地確保觸覺傳感蒙皮1、乃至機(jī)器人觸覺傳感服裝的柔軟性。
為延長智能機(jī)器人的觸覺傳感服裝、特別的其中的觸覺傳感蒙皮1的使用壽命，本具體實(shí)施方式
的觸覺傳感蒙皮1還可以在其一面包覆、或者兩面均包覆保護(hù)層6，該保護(hù)層6的材料可以是具有絕緣性能的紡織品或塑料薄膜。顯然，保護(hù)層6材料也應(yīng)當(dāng)是柔軟的；同時(shí)，該保護(hù)層6可以是與觸覺傳感蒙皮1一道，而與機(jī)器人服裝分別制作；也可以是該保護(hù)層6本身就是機(jī)器人服裝的面料和/或里襯。在后一種情況下，起碼在該服裝的各裁片的縫頭11寬度范圍內(nèi)，僅有重疊在一起的面料和/或里襯。
在制作智能機(jī)器人服裝時(shí)，用剪裁縫制其他服裝相同的方法，先把服裝料剪裁成適合相應(yīng)智能機(jī)器人身體的裁片——圖2是以衣服裁片為例繪制的，圖中雙點(diǎn)劃線框表示觸覺傳感蒙皮1在服裝中的區(qū)域10，在智能機(jī)器人的各處關(guān)節(jié)，可用現(xiàn)有的觸覺傳感裝置、也可用本發(fā)明——只是需把相應(yīng)的以電極觸點(diǎn)21為核心的觸覺敏感單元的陣列數(shù)量取少一些；然后根據(jù)各裁片的大小(結(jié)合相應(yīng)的后端處理系統(tǒng))確定觸覺傳感蒙皮1的塊數(shù)和每一塊觸覺傳感蒙皮1的觸覺敏感單元的陣列數(shù)量；接著再把各個(gè)大小相等或不相等的觸覺傳感蒙皮1粘夾在裁片縫頭11所包圍的相應(yīng)區(qū)域10內(nèi)；最后再把各個(gè)裁片拼攏、縫制或粘接為服裝。若采用縫制的辦法，在縫制時(shí)需特別小心，因?yàn)楦饔|覺敏感單元及導(dǎo)電絲層之間的距離都很近，特別注意不要出現(xiàn)短路和斷路現(xiàn)象。另外還要考慮各引出導(dǎo)電絲線的接頭調(diào)整，使之便于匯總連線且不易折斷。
披露至此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員一定能夠根據(jù)其他的要求和條件，設(shè)計(jì)并制作出在實(shí)質(zhì)上與本發(fā)明相同的這樣一種智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝了。為使接近于本領(lǐng)域技術(shù)人員水平的人員也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，接著披露一下用化學(xué)鍍制作所述導(dǎo)電織物的一種方法。
采用的主要化學(xué)材料有E-44環(huán)氧樹脂、低分子聚酰胺、丙酮等，導(dǎo)電金屬采用鋁粉；配制方法是先將35份的樹脂和丙酮混合后，接著加入鋁粉135份攪拌均勻，再加入35份的聚酰胺，(在實(shí)驗(yàn)室條件下)在酒精燈加熱條件下攪勻即可，然后在紡織品(即滿足性能要求的織物)上涂刷環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠作為基底，最后將調(diào)制好的材料涂刷到紡織品上；完成前面的涂刷工藝之后，接著將紡織品在75℃溫度條件烘烤兩個(gè)小時(shí)，然后置于25℃環(huán)境中保持24小時(shí)即可達(dá)到固化條件；固化后，進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試。試驗(yàn)證明，化學(xué)鍍可以達(dá)到薄而均勻的效果，在聚脂材料紡織品上鍍鋁，鍍層牢固且耐彎折。
權(quán)利要求
1.智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，該服裝由可以穿戴在智能機(jī)器人身上的服裝本身和安置在該服裝上的觸覺傳感蒙皮(1)構(gòu)成，其特征在于，所述觸覺傳感蒙皮(1)由依次重疊在一起的有若干導(dǎo)電絲線(21)呈面狀布置于其上的導(dǎo)電絲織物(2)、有與該導(dǎo)電絲線(21)對(duì)應(yīng)且呈行列分布的觸點(diǎn)區(qū)域(31)的開關(guān)接頭導(dǎo)電織物(3)、彈性絕緣襯墊網(wǎng)(4)和有一整塊導(dǎo)電膜(51)的接地導(dǎo)電織物(5)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，其特征在于，所述開關(guān)接頭導(dǎo)電織物(3)上的觸點(diǎn)區(qū)域(31)和接地導(dǎo)電織物(5)上的導(dǎo)電膜(51)均是或分別是，在絕緣織物上覆蓋的一層導(dǎo)電薄膜、或用化學(xué)鍍的方式在絕緣織物上鍍覆導(dǎo)電微粒后而形成的導(dǎo)電薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，其特征在于，彈性絕緣襯墊網(wǎng)(4)的厚度足以在該觸覺傳感蒙皮沒有受到壓力時(shí)、能夠隔斷開關(guān)接頭導(dǎo)電織物(3)與接地導(dǎo)電織物(5)，其網(wǎng)格的排列、網(wǎng)眼的大小與開關(guān)接頭導(dǎo)電織物(3)上的觸點(diǎn)區(qū)域(31)保持一致，以確保在該觸覺傳感蒙皮受到壓力時(shí)開關(guān)接頭導(dǎo)電織物(3)上的觸點(diǎn)區(qū)域(31)與接地導(dǎo)電織物(5)可靠電接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，其特征在于，所述的導(dǎo)電絲線(21)是用化學(xué)鍍的方式在聚脂材料纖維絲的外表面鍍覆導(dǎo)電微粒而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，其特征在于，在所述觸覺傳感蒙皮(1)的一面包覆有、或者兩面均包覆有保護(hù)層(6)，該保護(hù)層(6)的材料是具有絕緣性能的、柔軟的紡織品或塑料薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，其特征在于，所述的導(dǎo)電絲線(21)是用化學(xué)鍍的方式在聚脂材料纖維絲的外表面鍍覆導(dǎo)電微粒而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，其特征在于，在所述觸覺傳感蒙皮(1)的一面包覆有、或者兩面均包覆有保護(hù)層(6)，該保護(hù)層(6)的材料是具有絕緣性能的、柔軟的紡織品或塑料薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，其特征在于在所述觸覺傳感蒙皮(1)的一面包覆有、或者兩面均包覆有保護(hù)層(6)，該保護(hù)層(6)的材料是具有絕緣性能的、柔軟的紡織品或塑料薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝，其特征在于，在所述觸覺傳感蒙皮(1)的一面包覆有、或者兩面均包覆有保護(hù)層(6)，該保護(hù)層(6)的材料是具有絕緣性能的、柔軟的紡織品或塑料薄膜。
全文摘要
智能機(jī)器人的導(dǎo)電蒙皮觸覺傳感服裝。該服裝由可以穿戴在智能機(jī)器人身上的服裝本身和安置在該服裝上的觸覺傳感蒙皮構(gòu)成。其中的觸覺傳感蒙皮由依次重疊在一起的有若干導(dǎo)電絲線呈面狀布置于其上的導(dǎo)電絲織物、有與該導(dǎo)電絲線對(duì)應(yīng)且呈行列分布的觸點(diǎn)區(qū)域的開關(guān)接頭導(dǎo)電織物、彈性絕緣襯墊網(wǎng)和有一整塊導(dǎo)電膜的接地導(dǎo)電織物構(gòu)成。通過改變電極觸點(diǎn)的隊(duì)列數(shù)量、絕緣襯墊網(wǎng)的厚度及其網(wǎng)孔大小或間隔，能夠調(diào)整該觸覺傳感服裝的檢測(cè)靈敏度。本發(fā)明能夠做得與機(jī)器人身上的曲線十分貼合，成本低廉，柔軟性好，測(cè)試靈敏度高，檢測(cè)面積大，可像縫制人體服裝一樣根據(jù)機(jī)器人的形狀進(jìn)行剪裁和縫制，穿戴于智能機(jī)器人身上能感知受力部位及接觸物外形輪廓等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J19/00GK1817581SQ200610054158
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者秦嵐, 孫先逵, 郭兵, 鄧達(dá)強(qiáng) 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)