一种柔性电感式触觉传感器及测量电路的制作方法

本发明属于传感器技术和人型机器人，涉及一种柔性电感式触觉传感器及测量电路，适合用于人型机器人的手指、足底、电子皮肤及工业机器人的夹持器具及医疗和可穿戴设备等，测量电路还适合于各种测力传感器、电涡流位移传感器、电涡流探伤仪等等。

背景技术：

1、现有技术的阵列式柔性触觉传感器多采用电阻式和电容式，稳定性差，抗干扰能力差，现有技术的电感式由于体积大一直难以产品化，本发明通过采用独创的rl振荡电路来测量电感量，它可以测量几十纳享的电感，使得被测印刷电感的直径可以在缩小到2毫米以下，从而实现了柔性阵列电感式触觉传感器，通过有选择的将4个相临矩形排列的电感测量单元组合在一起，与一个感应体对应组成的测量单元还可以实现3维力的测量，通过有选择地让多数单元测量法向力，少数精选位置测量3维力，这样就组合成既可以测量法向力又可以测量三维力的阵列式柔性触觉传感器。

技术实现思路

1、本发明是通过以下技术方案实现的

2、包括制作在柔性pcb板上的m行n列螺旋电感线圈组成阵列传感单元的传感层，贴合在柔性pcb板传感层上的弹性层，贴合在弹性层上的感应层，弹性层位于传感层与感应层之间，是一种三明治结构，选择被测电感单元的行模拟开关电路和列模拟开关电路，模拟开关电路是由模拟开关芯片或者低内阻的n m os晶体管组成，由cpu控制开关的关断与导通，测量电感量的rl振荡电路和测量控制cpu组成。

3、所述r l振荡电路由一个电流取样电阻，通过模拟开关电路与被测量电感串联，同一时刻只有一个行开关元件和一个列开关元件导通，测量位于行开关与列开关交叉点上的一个电感单元，所述rl振荡电路有一个下门限电压和一个上门限电压，一个电压比较器及受电压比较器控制的充电和放电电路，充电电路是一个电阻分压电路或者电压源，放电电路是一个受电压比较器控制的n m o s管，当流过被测量电感中的电流在电流取样电阻上的电压降小于下门限电压时，开始充电过程，充电电路使流过被测电感中的电流增大，当流过被测电感中的电流增大到在电流取样电阻上的电压降大于上门限电压时，充电过程结束，放电电路开始工作，开始放电过程，流过被测电感中的电流开始减少，当流过被测电感中的电流在电流取样电阻上的电压降小于下门限电压时，放电过程结束，又开始充电过程，重复上述过程就会产生脉冲周期与被测电感量成正比的脉冲信号，当流过被测电感中的电流在取样电阻上的电压降在下门限电压和上门限电压之间时充电过程或放电过程保持当前状态不变。

4、所述贴合在柔性pcb板上的弹性层是柱状阵列或者管状阵列或者薄片状。

5、所述贴合在弹性层上的感应层是圆片阵列或者多面体阵列或者薄片，并且感应层圆片阵列的每一个圆片的轴心都与柔性pcb板上电感阵列上的螺旋式电感线圈轴心对齐。

6、所述贴合在弹性层上的感应层圆片阵列，并且每个圆片的轴心都与每4个矩形排列的电感组成的单元的对角线的交叉点对齐，这样可以测量法向力也可以测量切向力，感应层也可以是其它多边形金属片。

7、所述制作在柔性pcb板上的电感阵列是用pcb工艺制作的单层或者多层螺旋式电感线圈，电感线圈可以是圆形、椭圆形、矩形及其它多边形。

8、所述弹性层是用不导电也不导磁的材料比如pdms和p i等橡胶塑料及复合材料制成，通过选择弹性层的材料和加工成各种柱形、球形、锥形等微结构来改变弹性层的法向和切向弹性系数，进而改变测量力的量程。

9、所述感应层是用导磁的软磁橡胶薄片制成的片状或者是用导电的铜箔等制成的圆片或其它多边形金属薄片，当感应体是软导磁材料时会改变电感磁路的磁阻，当感应层是导体时电感中变化的磁场会在感应层中产生涡流，这样都会改变电感的电感量。

10、所述感应层还可以是机器人本体的金属支撑结构，弹性层贴合在金属支撑面上，传感层的柔性pcb板再贴合在弹性层上。

技术特征：

1.一种柔性电感式触觉传感器及测量电路，其特征在于，包括制作在柔性pcb板上由螺旋电感线圈组成的阵列传感单元的传感层，贴合在柔性pcb板传感层上的弹性层，贴合在弹性层上的感应层，弹性层位于传感层与感应层之间，选择被测电感单元的模拟开关电路，测量电感量的rl振荡电路和测量与控制cpu组成。

2.根据权利要求1所述的柔性电感式触觉传感器及测量电路，其特征在于，所述r l振荡电路由一个电流取样电阻，通过模拟开关电路与被测量电感串联，所述rl振荡电路有一个下门限电压和一个上门限电压，一个电压比较器及受电压比较器控制的充电和放电电路。

3.根据权利要求1所述的柔性电感式触觉传感器及测量电路，其特征在于，所述贴合在柔性pcb板上的弹性层是用不导电也不导磁的弹性材料比如pdms和p i等工程塑胶及复合材料制成。

4.根据权利要求1所述的柔性电感式触觉传感器及测量电路，其特征在于，所述制作在柔性pcb板上的电感阵列是用pcb工艺制作的单层或者多层螺旋式电感线圈。

5.根据权利要求1所述的柔性电感式触觉传感器及测量电路，其特征在于，所述感应层是用导磁的软磁橡胶薄片制成或者是用导电的材料比如铜箔等制成。

6.根据权利要求5所述的柔性电感式触觉传感器及测量电路，其特征在于，所述感应层是机器人本体的金属支撑结构，弹性层贴合在金属支撑面上，传感层的柔性pcb板再贴合在弹性层上。

技术总结
本发明涉及触觉传感器领域，特指一种采用R L振荡电路的电感阵列式柔性触觉传感器，包括制作在柔性PCB板上多个以M行*N列方式排列的电感单元的传感层，贴合在柔性PCB板上由PDMS或Pl等不导电也不导磁材料组成的弹性层，贴合在弹性层上的由导电或者导磁材料制作的感应层组成，这是一种三明治结构，弹性层位于柔性PCB板与感应层之间，当受到力的作用时，其相临的弹性层会产生形变，这样就改变了感应层与传感层的电感传感单元之间的相对位置，进而使对应电感传感单元的电感量发生变化，而RL振荡电路将电感量的变化转化成脉冲周期的变化，CPU控制单元通过分时扫描的方式测量每一个电感传感单元的电感量并转换成受力大小，并且将受力测量结果输岀到外部控制系统。

技术研发人员：孙文林
受保护的技术使用者：深圳市东方伺服数控技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14