一種滑動(dòng)式溫度觸覺(jué)傳感裝置，設(shè)有溫度傳感單元陣列、導(dǎo)熱層、恒溫層、絕熱層、隔熱外殼以及測(cè)控電路，溫度傳感單元陣列包括多個(gè)溫度傳感單元，每個(gè)溫度傳感單元均設(shè)有熱敏電阻、導(dǎo)熱帽以及彈簧，熱敏電阻置于導(dǎo)熱帽內(nèi)，彈簧的下端套接在導(dǎo)熱帽敞口端，導(dǎo)熱層上設(shè)有與溫度傳感單元對(duì)應(yīng)的通孔，導(dǎo)熱帽封閉端于通孔內(nèi)并伸出導(dǎo)熱層的下表面，恒溫層下表面設(shè)有與溫度傳感單元對(duì)應(yīng)的盲孔，盲孔底部設(shè)有一小于盲孔直徑的通孔貫通恒溫層上表面，將彈簧上端嵌入盲孔并與盲孔底部抵壓，設(shè)置金屬發(fā)熱絲纏繞在恒溫層的側(cè)表面，恒溫層上表面設(shè)有熱傳感電阻，溫度傳感單元陣列、導(dǎo)熱層、恒溫層均置于隔熱外殼內(nèi)，隔熱外殼的下端開(kāi)口處平面與導(dǎo)熱層下表面齊平。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種滑動(dòng)式溫度觸覺(jué)傳感裝置，可判別材質(zhì)熱屬性和滑動(dòng)方向，適用于遙操作機(jī)器人、空間探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域，屬于觸覺(jué)傳感器及溫度傳感器
技術(shù)介紹
隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和交互式遙操作機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用，需要大量的觸覺(jué)傳感與再現(xiàn)裝置，以達(dá)到“多感知、交互性和臨場(chǎng)感”的效果。到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)觸覺(jué)的研究都主要集中在力觸覺(jué)上，不斷優(yōu)化的力觸覺(jué)算法在柔性、紋理觸覺(jué)復(fù)現(xiàn)裝置上的應(yīng)用，使得這些裝置能夠較好地再現(xiàn)虛擬場(chǎng)景物體的柔性、紋理力觸覺(jué)特性，而溫度觸覺(jué)而在人機(jī)交互
的研究尚少。觸覺(jué)是人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的重要感覺(jué)功能，能識(shí)別物體的表面紋理、粗糙 度、硬度、溫度等特征。皮膚內(nèi)分布著觸覺(jué)感受器，是觸覺(jué)作用的主要器官，因而觸覺(jué)也稱膚覺(jué)。一般認(rèn)為皮膚感覺(jué)主要有四種，即由對(duì)皮膚的機(jī)械刺激引起的觸、壓覺(jué)，由溫度刺激引起的冷覺(jué)和熱覺(jué)，以及由傷害性刺激引起的痛覺(jué)。皮膚上的觸覺(jué)感受器受機(jī)械刺激、溫度刺激、傷害刺激，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，傳入大腦皮層即產(chǎn)生觸感、溫度感、痛感。在機(jī)器人領(lǐng)域，觸覺(jué)是機(jī)器人獲取環(huán)境信息的一種僅次于視覺(jué)的重要知覺(jué)形式，是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)與環(huán)境直接作用的必需媒介。機(jī)器人要獲取類似于人類的觸覺(jué)要通過(guò)觸覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)，觸覺(jué)傳感器是一種測(cè)量自身敏感面與外界物體作用參數(shù)的裝置。機(jī)器人觸覺(jué)傳感器的主要任務(wù)是為獲取對(duì)象與環(huán)境信息和為完成某種作業(yè)任務(wù)而對(duì)機(jī)器人與對(duì)象、環(huán)境相互作用時(shí)的一系列物理特征量進(jìn)行檢測(cè)或感知。它不僅可以獲取手爪與物體的接觸位置以及接觸力分布函數(shù)，而且可以獲取視覺(jué)傳感器無(wú)法獲取的信息，如物體的機(jī)械特性、熱特性、震動(dòng)特性等。溫度觸覺(jué)是在觸覺(jué)過(guò)程中產(chǎn)生的溫度覺(jué)，作為觸覺(jué)的一種，在人的感知系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，人手觸摸不同熱屬性的物體有著不同的溫度感覺(jué)，據(jù)此可以判斷出物體的熱屬性；人手在物體表面滑動(dòng)時(shí)，其感覺(jué)是滑動(dòng)方向的接觸部分前方和后方溫度覺(jué)明顯不一樣。溫度觸覺(jué)傳感器在遙操作機(jī)器人、材質(zhì)識(shí)別、空間探測(cè)等領(lǐng)域前景廣闊，對(duì)溫度觸覺(jué)傳感技術(shù)的深入研究，將會(huì)對(duì)電子信息技術(shù)的發(fā)展起到重要的作用?；X(jué)指皮膚與抓握對(duì)象間滑移程度的感覺(jué)，在機(jī)器人領(lǐng)域，為了在抓握物體時(shí)確定一個(gè)適當(dāng)?shù)奈樟χ?，需要?shí)時(shí)檢測(cè)接觸表面的相對(duì)滑動(dòng)，然后判斷握力，在不損傷物體的情況下逐漸增加力量，滑覺(jué)檢測(cè)功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔性抓握的必備條件?；X(jué)傳感器按被測(cè)物體滑動(dòng)方向可分為三類無(wú)方向性、單方向性和全方向性傳感器。其中無(wú)方向性傳感器只能檢測(cè)是否產(chǎn)生滑動(dòng)，無(wú)法判別方向；單方向性傳感器只能檢測(cè)單一方向的滑移 ’全方向性傳感器可檢測(cè)個(gè)方向的滑動(dòng)情況，這種傳感器一般制成球形以滿足需要。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)滑覺(jué)傳感器的研究主要有磁力式、球式、振動(dòng)式、光電式。熱屬性主要指物體傳熱速率的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)，它直接影響著物體的導(dǎo)熱能力，熱屬性識(shí)別在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，例如機(jī)器人手指，材質(zhì)識(shí)別，空間探測(cè)等。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于溫度觸覺(jué)傳感器研究較少，大部分用于材料的熱屬性識(shí)別。如2000年哈爾濱工業(yè)大學(xué)李德勝金屬線圈溫度傳感器進(jìn)行材料識(shí)別，2006年麻省理工大學(xué)HSIN-NI HO等人采用熱敏電阻采集手指與物體接觸時(shí)的溫度變化，驗(yàn)證了熱線索在材料識(shí)別的作用，有一部分應(yīng)用于物體形狀識(shí)別，如Y. J. Yang實(shí)現(xiàn)了 32 X 32mm溫度觸覺(jué)傳感陣列，較好的實(shí)現(xiàn)了物體外形識(shí)別功能?；跍囟扔|覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)方向的判斷則沒(méi)見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。檢索國(guó)內(nèi)溫度觸覺(jué)專利有 CN200910034949，CN200920231793, CN201120327285,CN201110148963，CN201110130743，其大部分只是實(shí)現(xiàn)溫度觸覺(jué)復(fù)現(xiàn)裝置或靜態(tài)溫度觸覺(jué)傳感裝置的結(jié)構(gòu)或電路，實(shí)現(xiàn)溫度復(fù)現(xiàn)、材質(zhì)識(shí)別和形狀識(shí)別。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種滑動(dòng)式溫度觸覺(jué)傳感裝置，它基于溫度觸覺(jué)傳感裝置實(shí)現(xiàn)熱屬性識(shí)別和滑動(dòng)方向的判斷雙重功能，可應(yīng)用于遙操作機(jī)器人、空間探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案一種滑動(dòng)式溫度觸覺(jué)傳感裝置，其特征在于設(shè)有溫度傳感單元陣列、導(dǎo)熱層、恒溫層、絕熱層、隔熱外殼以及測(cè)控電路，其中溫度傳感單元陣列包括一個(gè)位于圓心位置的溫度傳感單元和8個(gè)與圓心位置溫度傳感單元結(jié)構(gòu)相同、對(duì)稱分布于圓周上的溫度傳感單元，每個(gè)溫度傳感單元均設(shè)有熱敏電阻、導(dǎo)熱帽以及彈簧，導(dǎo)熱帽為有底的空心圓柱體，外徑上設(shè)有臺(tái)階定位環(huán)，熱敏電阻置于導(dǎo)熱帽內(nèi)，導(dǎo)熱帽內(nèi)的間隙用導(dǎo)熱硅膠填充，熱敏電阻的信號(hào)輸出導(dǎo)線從導(dǎo)熱帽的上端敞口引出，敞口用膠體封堵，彈簧的下端套接在導(dǎo)熱帽敞口端的圓柱體外徑上并抵壓于臺(tái)階定位環(huán)的上表面；導(dǎo)熱層上設(shè)有與溫度傳感單元陣列數(shù)量一致、位置一一對(duì)應(yīng)的通孔，導(dǎo)熱帽封閉端的圓柱體置于通孔內(nèi)并伸出導(dǎo)熱層的下表面，臺(tái)階定位環(huán)大于通孔，臺(tái)階定位環(huán)下表面限位于導(dǎo)熱層的上表面；恒溫層下表面設(shè)有與溫度傳感單元陣列數(shù)量一致、位置一一對(duì)應(yīng)的盲孔，盲孔底部設(shè)有一小于盲孔直徑的通孔，該通孔貫通恒溫層上表面，通孔直徑小于彈簧外徑，將彈簧上端嵌入盲孔并與盲孔底部抵壓，設(shè)置金屬發(fā)熱絲纏繞在恒溫層的側(cè)表面，恒溫層上表面設(shè)有熱傳感電阻，導(dǎo)熱層與恒溫層之間通過(guò)螺釘固定聯(lián)接為一體；隔熱外殼位于恒溫層之上，為一帶有上蓋的空心環(huán)柱體和一空心長(zhǎng)方體構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)，空心長(zhǎng)方體位于空心環(huán)柱體上蓋的外表面上，其孔腔垂直上蓋，在上蓋的內(nèi)表面固定有絕熱層，絕熱層及上蓋通過(guò)孔與空心長(zhǎng)方體孔腔貫通，作為熱敏電阻、熱傳感電阻及金屬發(fā)熱絲的引線通道；將溫度傳感單元陣列、導(dǎo)熱層、恒溫層均置于隔熱外殼空心環(huán)柱體內(nèi)腔的絕熱層之下，隔熱外殼的下端開(kāi)口處平面與導(dǎo)熱層下表面齊平，通過(guò)螺釘將隔熱外殼上蓋與恒溫層固定；測(cè)控電路包括溫度控制電路、溫度反饋電路、接觸溫度傳感電路、差動(dòng)溫度傳感電路以及測(cè)控主板，恒溫層中的熱傳感電阻的輸出連接至溫度反饋電路，溫度反饋電路的輸出連接至測(cè)控主板，測(cè)控主板的PWM波輸出連接至溫度控制電路，溫度控制電路的輸出連接至金屬發(fā)熱絲，溫度傳感單元陣列中心位置的熱敏電阻輸出連接接觸溫度傳感電路，溫度傳感單元陣列圓周上的8個(gè)溫度傳感單元以對(duì)角線組合構(gòu)成4對(duì)，輸出連接差動(dòng)溫度傳感電路，接觸溫度傳感電路和差動(dòng)溫度傳感電路的輸出連接至測(cè)控主板；接觸溫度傳感電路中，溫度傳感單元陣列中心位置的熱敏電阻一端接地，另一端接精密電阻的一端和運(yùn)算放大器正極，精密電阻另一端接電壓源，運(yùn)算放大器負(fù)極接地；差動(dòng)溫度傳感電路中，溫度傳感單元陣列中對(duì)角位置的一個(gè)熱敏電阻一端接地，另一端接精密電阻一端和差動(dòng)放大器負(fù)極，精密電阻另一端接電壓源，構(gòu)成一條支路，溫度傳感單元陣列中對(duì)角位置的另一個(gè)熱敏電阻一端接地，另一端接精密電阻一端和差動(dòng)放大器正極，精密電阻另一端接電壓源，構(gòu)成另一條支路，兩條支路組成差動(dòng)電橋。對(duì)稱位置的電橋中，沿滑動(dòng)方向的差動(dòng)電橋輸出的電壓絕對(duì)值最大，電壓為正則滑動(dòng)方向?yàn)樵撾姌蛑蟹謮狠敵龆私又敛顒?dòng)放大器負(fù)極的支路的所在方向，電壓為負(fù)則滑動(dòng)方向?yàn)樵撾姌蛑蟹謮狠敵龆私又敛顒?dòng)放大器正極的支路的所在方向，輸出為零的差動(dòng)電橋所在的方向則垂直于滑動(dòng)方向。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果1、操作者可以通過(guò)本專利技術(shù)滑動(dòng)式溫度觸覺(jué)傳感裝置判別材質(zhì)熱屬性和滑動(dòng)方向雙重功能；2、該滑動(dòng)式溫度觸覺(jué)傳感裝置的溫度傳感器采用彈簧結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)彈性接觸，保證每一個(gè)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種滑動(dòng)式溫度觸覺(jué)傳感裝置，其特征在于：設(shè)有溫度傳感單元陣列、導(dǎo)熱層、恒溫層、絕熱層、隔熱外殼以及測(cè)控電路，其中：溫度傳感單元陣列包括一個(gè)位于圓心位置的溫度傳感單元和8個(gè)與圓心位置溫度傳感單元結(jié)構(gòu)相同、對(duì)稱分布于圓周上的溫度傳感單元，每個(gè)溫度傳感單元均設(shè)有熱敏電阻、導(dǎo)熱帽以及彈簧，導(dǎo)熱帽為有底的空心圓柱體，外徑上設(shè)有臺(tái)階定位環(huán)，熱敏電阻置于導(dǎo)熱帽內(nèi)，導(dǎo)熱帽內(nèi)的間隙用導(dǎo)熱硅膠填充，熱敏電阻的信號(hào)輸出導(dǎo)線從導(dǎo)熱帽的上端敞口引出，敞口用膠體封堵，彈簧的下端套接在導(dǎo)熱帽敞口端的圓柱體外徑上并抵壓于臺(tái)階定位環(huán)的上表面；導(dǎo)熱層上設(shè)有與溫度傳感單元陣列數(shù)量一致、位置一一對(duì)應(yīng)的通孔，導(dǎo)熱帽封閉端的圓柱體置于通孔內(nèi)并伸出導(dǎo)熱層的下表面，臺(tái)階定位環(huán)大于通孔，臺(tái)階定位環(huán)下表面限位于導(dǎo)熱層的上表面；恒溫層下表面設(shè)有與溫度傳感單元陣列數(shù)量一致、位置一一對(duì)應(yīng)的盲孔，盲孔底部設(shè)有一小于盲孔直徑的通孔，該通孔貫通恒溫層上表面，通孔直徑小于彈簧外徑，將彈簧上端嵌入盲孔并與盲孔底部抵壓，設(shè)置金屬發(fā)熱絲纏繞在恒溫層的側(cè)表面，恒溫層上表面設(shè)有熱傳感電阻，導(dǎo)熱層與恒溫層之間通過(guò)螺釘固定聯(lián)接為一體；隔熱外殼位于恒溫層之上，為一帶有上蓋的空心環(huán)柱體和一空心長(zhǎng)方體構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)，空心長(zhǎng)方體位于空心環(huán)柱體上蓋的外表面上，其孔腔垂直上蓋，在上蓋的內(nèi)表面固定有絕熱層，絕熱層及上蓋通過(guò)孔與空心長(zhǎng)方體孔腔貫通，作為熱敏電阻、熱傳感電阻及金屬發(fā)熱絲的引線通道；將溫度傳感單元陣列、導(dǎo)熱層、恒溫層均置于隔熱外殼空心環(huán)柱體內(nèi)腔的絕熱層之下，隔熱外殼的下端開(kāi)口處平面與導(dǎo)熱層下表面齊平，通過(guò)螺釘將隔熱外殼上蓋與恒溫層固定；測(cè)控電路包括溫度控制電路、溫度反饋電路、接觸溫度傳感電路、差動(dòng)溫度傳感電路以及測(cè)控主板，恒溫層中的熱傳感電阻的輸出連接至溫度反饋電路，溫度反饋電路的輸出連接至測(cè)控主板，測(cè)控主板的PWM波輸出連接至溫度控制電路，溫度控制電路的輸出連接至金屬發(fā)熱絲，溫度傳感單元陣列中心位置的熱敏電阻輸出連接接觸溫度傳感電路，溫度傳感單元陣列圓周上的8個(gè)溫度傳感單元以對(duì)角線組合構(gòu)成4對(duì)，輸出連接差動(dòng)溫度傳感電路，接觸溫度傳感電路和差動(dòng)溫度傳感電路的輸出連接至測(cè)控主板；接觸溫度傳感電路中，溫度傳感單元陣列中心位置的熱敏電阻一端接地，另一端接精密電阻的一端和運(yùn)算放大器正極，精密電阻另一端接電壓源，運(yùn)算放大器負(fù)極接地；差動(dòng)溫度傳感電路中，溫度傳感單元陣列中對(duì)角位置的一個(gè)熱敏電阻一端接地，另一端接精密電阻一端和差動(dòng)放大器負(fù)極，精密電阻另一端接電壓源，構(gòu)成一條支路，溫度傳感單元陣列中對(duì)角位置的另一個(gè)熱敏電阻一端接地，另一端接精密電阻一端和差動(dòng)放大器正極，精密電阻另一端接電壓源，構(gòu)成另一條支路，兩條支路組成差動(dòng)電橋。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳劍鋒，李建清，萬(wàn)能，朱乃瑞，賈貞，楊宇榮，李娜，倪玉潔，孫渂希，王耀初，耿萬(wàn)培，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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