CN115165207A - 一种新型柔性多功能触觉传感器及三维力标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型柔性多功能触觉传感器及三维力标定装置。触觉传感器的柔性电极层电连接外部采集电路；温敏传感层包括加热线圈、NTC温敏电阻和凸台，加热线圈和NTC温敏电阻安装在凸台内部，加热线圈缠绕在NTC温敏电阻上；多个触觉传感器均匀分布在外部机械手的手掌上；三维力标定装置包括旋转刻度盘、半圆支撑架和底座，触觉传感器安装在三维力标定装置的旋转刻度盘上进行标定实验。本发明可通过触觉传感器接触外部物体获得接触时的实际压力和温度信息，通过外部物体导热率的不同有效区分不同材料的物体，同时能通过触觉传感器的三维力信息识别外部物体的形状，提升了识别物体的精度，扩大了装置检测的范围，应用更为广泛。

Description

一种新型柔性多功能触觉传感器及三维力标定装置

技术领域

本发明涉及了一种多功能触觉传感器，具体涉及一种新型柔性多功能触觉传感器及三维力标定装置。

背景技术

触觉感知是机器人智能化过程中必不可少的环节，随着先进传感器与人工智能技术的快速发展，具有智能感知功能的触觉传感器在先进制造、智能机器人、生命健康等领域受到了广泛的关注。触觉传感器不仅要具有类似人体皮肤般的柔性，能够覆盖在不同形状的设备表面，还需要能够同时对外界环境多个刺激进行检测，使机器人能够像人类那样获得识别物体的能力，以弥补视觉识别易受环境遮挡而无法准确识别的缺点。然而现有的柔性触觉传感器仍存在功能单一，不能自加热解码温度刺激等问题。这些问题很大程度上影响了柔性传感器在各方面的应用。在三维力标定中频繁拆卸传感器会带来一定的实验误差。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种新型的兼备柔性、主动加热、温度检测、三维力检测于一体的多功能触觉传感器及三维力标定装置。

本发明采用的技术方案是：

一、一种新型柔性多功能触觉传感器：

触觉传感器包括依次层叠布置的温敏传感层、PET胶带、压阻层和柔性电极层，柔性电极层电连接外部采集电路；温敏传感层包括加热线圈、NTC温敏电阻和凸台，加热线圈和NTC温敏电阻安装在凸台内部，加热线圈缠绕在NTC温敏电阻上；凸台为四棱台状，凸台的较大的底面和PET胶带的一侧面压接，多个触觉传感器均匀分布在外部机械手的手掌上，各个触觉传感器的凸台的较小的底面构成机械手的手掌的掌面。

所述的压阻层包括四个压阻单元，柔性电极层包括电极基底和四个压阻电极，四个压阻单元和四个压阻电极均各自呈相同的相间隔的2×2的矩形矩阵阵列排布，在矩形矩阵相同位置处的每个压阻单元和压阻电极正对布置；四个压阻电极布置在电极基底的一侧面，PET胶带的另一侧面将压阻层封装在柔性电极层的一侧面；每个压阻电极均电连接外部采集电路；凸台的较小的底面的四个角分别正对四个压阻单元的中心点。

所述的压阻电极包括压阻正电极和压阻地电极，压阻正电极和压阻地电极位于同一平面上且不相接触，每个压阻正电极和压阻地电极均和外部采集电路电连接；在矩形矩阵相同位置处的压阻电极的压阻正电极和压阻负电极均和压阻单元之间通过导电银胶贴合。

所述的凸台采用聚二甲基硅乙烷PDMS和粘结剂通过模具脱模的方法共同制备而成；聚二甲基硅乙烷PDMS和粘结剂的比例为10：1；所述的压阻单元采用压敏导电片Velostat，压敏导电片Velostat具有较好的柔性，且不易产生折痕，同时其电学性能也较为均一稳定；所述的温敏电阻采用TSM1B474F4151RZ1温敏电阻，不仅耐高温，具备优异的抗热循环性、性能稳定等特点，而且其阻值不受压力影响；所述的柔性电极层的电极基底采用聚酰亚胺PI材料。

所述的柔性电极层的封装层的边沿朝外部延伸，延伸的部分上设有加热正电极、加热地电极、公共地电极和测温电极，温敏传感层的加热线圈电连接加热正电极和加热地电极，NTC温敏电阻电连接公共地电极和测温正电极；

二、种新型柔性多功能触觉传感器的识别方法：

所述的触觉传感器按压外部物体时产生压力，通过控制外部机械手使用整个手掌握住外部物体使得外部机械手的手掌上的各个触觉传感器产生压力，此时使用外部采集电路采集每个触觉传感器中压阻层中四个压阻单元两端的电压值，每个触觉传感器中压阻层中四个压阻单元两端的电压值获得各个触觉传感器握住外部物体时产生的实际压力及其三维力信息，通过各个触觉传感器的三维力信息识别外部物体的形状。

加热线圈通过加热正电极和加热地电极加热至预设温度，加热至℃左右可以模拟人体温度，使得温敏传感层和凸台也被加热至预设温度，停止加热；控制机械手的手掌接触外部物体，使得各个机械手的手掌上的各个触觉传感器的凸台的较小的底面接触外部物体，凸台的温度向外部物体的温度趋近直至凸台的温度不改变，此时凸台温度的改变使得凸台内部的NTC温敏电阻的温度改变为和凸台的温度一致，公共地电极和测温正电极通过测量NTC温敏电阻两端的电压变化，获取NTC温敏电阻温度改变后的电压变化的速率，即获得凸台和外部物体的温度变化的速率，根据外部物体的温度变化的速率获得外部物体的导热率，通过外部物体的导热率识别外部物体的材料。

三、一种三维力标定装置：

三维力标定装置上安装触觉传感器，通过三维力标定装置获得对在不同旋转角度和倾斜角下的触觉传感器施加不同的压力时获得的标定数据集，通过标定数据集获得触觉传感器施加不同的压力时的三维力信息。

三维力标定装置包括旋转刻度盘、半圆支撑架和底座，半圆支撑架为半圆柱状，底座的顶部开设有直径和半圆支撑架的直径相同的弧状的凹槽，半圆支撑架通过自身端面设有的中心旋转轴滑动安装在底座的凹槽内，中心旋转轴位于半圆支撑架的中心轴线处，半圆支撑架的弧状的底面绕中心旋转轴在底座的凹槽内旋转滑动。

旋转刻度盘活动在半圆支撑架的顶面的中心，旋转刻度盘绕自身中心旋转，三维力标定装置安装在旋转刻度盘的顶面中心，使得凸台的较小的底面靠近旋转刻度盘的顶面中心，凸台的中心轴线和旋转刻度盘的中心轴线位于统一直线上。

所述的底座的远离中心旋转轴的一半圆侧面的底部设有竖直的倾斜角指示线，靠近倾斜角指示线的半圆支撑架的一半圆端面上开设有若干倾斜角刻度线，当半圆支撑架的顶面水平时，各个倾斜角刻度线沿半圆支撑架的一半圆端面的半圆底边自中心朝一个圆周方向均匀间隔分布，半圆支撑架的一半圆端面的半圆底边的中心为刻度的倾斜角，每两个倾斜角刻度线之间的圆心角相同，当半圆支撑架旋转时，底座上的倾斜角指示线指向半圆支撑架的其中一条倾斜角刻度线，即表示半圆支撑架带动触觉传感器的倾斜的角度为倾斜角指示线所指向的倾斜角刻度线所对应的角度。

所述的旋转刻度盘为圆盘状，旋转刻度盘的顶面边缘沿周向均匀间隔开设有若干旋转角刻度线；底座的顶面设有旋转角指示线；旋转刻度盘在未旋转前，旋转刻度盘上的刻度的旋转角刻度线平行于底座的半圆侧面的直边，旋转刻度盘上的刻度的旋转角刻度线靠近半圆支撑架上的各个倾斜角刻度线，底座上的旋转角指示线指向旋转刻度盘上的刻度的旋转角刻度线；当旋转刻度盘旋转时，底座上的旋转角指示线指向旋转刻度盘上的其中一条旋转角刻度线，即表示旋转刻度盘带动触觉传感器的旋转的角度为旋转角指示线所指向的旋转角刻度线所对应的角度。

四、一种三维力标定装置的标定识别方法：

所述的触觉传感器在安装三维力标定装置上时，通过给触觉传感器施加不同的测试压力，使得三维力标定装置获得在触觉传感器被施加不同的测试压力时的不同旋转角和倾斜角，获取各个测试压力的各个旋转角和倾斜角作为标定数据集，各个测试压力和标定数据集构成各个测试压力的三维力信息；同时使用外部采集电路采集每个触觉传感器的压阻层的四个压阻单元两端的电压值，采集到的各个压阻单元两端的电压值和标定数据集构成训练数据集，训练数据集中包括若干训练数据，每个训练数据包括每个触觉传感器的压阻层的四个压阻单元两端的电压值以及每个触觉传感器的测试压力的旋转角和倾斜角；将训练数据集进行归一化处理后按照预设比例划分为训练集和测试集，然后依次输入预先建立的神经网络BP中进行训练，获得训练完成的神经网络BP。

通过控制外部机械手使用整个手掌握住外部物体使得外部机械手的手掌上的各个触觉传感器产生实际压力，此时使用外部采集电路采集每个触觉传感器的压阻层的四个压阻单元两端的电压值，将每个触觉传感器的压阻层的四个压阻单元两端的电压值输入训练完成的神经网络BP中进行处理，神经网络BP输出每个触觉传感器的实际压力F、旋转角θ和倾斜角ψ，即获得每个触觉传感器的实际压力的三维力信息；通过获得的每个触觉传感器的实际压力的三维力信息，根据各个触觉传感器的实际压力的三维力信息，获取外部机械手手掌上各个触觉传感器的实际压力的原点位置及方向，进而通过获得各个触觉传感器的实际压力的原点位置构成的曲面识别外部物体的形状，构成的曲面的各个触觉传感器的实际压力的原点位置处的平面均垂直于实际压力的方向。

所述的神经网络BP具体包括依次连接的输入层、三层隐含层和输出层。输入层单元数为4，对应每个触觉传感器的压阻层的四个压阻单元两端的电压值；输出层单元数为3，对应每个触觉传感器的实际压力F、旋转角ψ和倾斜角θ；第一层隐含层神经元为20，第二层隐含层神经元为40，第三层隐含层神经元为20。

本发明的有益效果是：

本发明设计使用的多功能触觉传感器，由压阻传感器与NTC温敏电阻共同组成，有效结合了压阻传感器可以感知静态力，温敏电阻可以感知温度变化，且通过加热线圈加热的方式解码接触温度达到检测物体材料的目的，扩大了该装置检测的范围，应用更为广泛。

本发明设计使用的多功能传感器相比于单三维力传感器，在检测多种环境刺激时有着更好的应用场景，不但可以检测三维力和环境温度，而且通过自加热功能可以检测接触温度，通过解码接触温度判断外部物体的材料。

本发明设计使用的三维力标定装置可以让在不更换斜块的同时实现施加力倾斜角度的变化。将三维力传感器固定在标定装置上，通过旋转刻度盘可调节负载力的旋转角θ，通过调整坡度旋转刻度盘的角度可以调节负载力的倾斜角ψ，在不更换斜块的情况下就可施加不同倾斜角的负载力，进行标定实验，从而能够进一步对神经网络BP进行训练和处理获得机械手对外部物体施加的实际压力及其三维力信息，最终判断外部物体的形状。

附图说明

图1是本发明的触觉传感器示意图；

图2是本发明的压阻电极层示意图；

图3是本发明的触觉传感器的受力示意图；

图4是本发明的触觉传感器的受力的切向力示意图；

图5是本发明的标定原理图；

图5的(a)是本发明的凸台受力示意图；

图5的(b)是本发明的凸台受力方向改变示意图；

图6是本发明的三维力标定装置示意图；

图中：1、加热线圈，2、NTC温敏电阻，3、凸台，4、PET胶带，5、压阻层，6、柔性电极层，7、压阻正电极，8、压阻地电极，9、加热正电极，10、加热地电极，11、公共地电极，12、测温正电极，13、旋转刻度盘，14、半圆支撑架，15、底座。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明新型柔性多功能触觉传感器包括依次层叠布置的温敏传感层、PET胶带4、压阻层5和柔性电极层6，柔性电极层6电连接外部采集电路；温敏传感层包括加热线圈1、NTC温敏电阻2和凸台3，加热线圈1和NTC温敏电阻2安装在凸台3内部，加热线圈1缠绕在NTC温敏电阻2上；凸台3为四棱台状，凸台3的较大的底面和PET胶带4的一侧面压接，多个触觉传感器均匀分布在外部机械手的手掌上，各个触觉传感器的凸台3的较小的底面构成机械手的手掌的掌面。

压阻层5包括四个压阻单元，柔性电极层6包括电极基底和四个压阻电极，四个压阻单元和四个压阻电极均各自呈相同的相间隔的2×2的矩形矩阵阵列排布，在矩形矩阵相同位置处的每个压阻单元和压阻电极正对布置；四个压阻电极布置在电极基底的一侧面，PET胶带4的另一侧面将压阻层5封装在柔性电极层6的一侧面；每个压阻电极均电连接外部采集电路；凸台3的较小的底面的四个角分别正对四个压阻单元的中心点。凸台3的尺寸为7×7×3mm³；压电单元和压阻单元的尺寸均为3mm×3mm，每两个相邻的压电单元之间的距离以及每两个相邻的压阻单元之间的距离均为3.6mm。

压阻电极包括压阻正电极7和压阻地电极8，压阻正电极7和压阻地电极8位于同一平面上且不相接触，每个压阻正电极7和压阻地电极8均和外部采集电路电连接；在矩形矩阵相同位置处的压阻电极的压阻正电极7和压阻负电极8均和压阻单元之间通过导电银胶贴合。

触觉传感器按压外部物体时产生压力，通过控制外部机械手使用整个手掌握住外部物体使得外部机械手的手掌上的各个触觉传感器产生压力，此时使用外部采集电路采集每个触觉传感器中压阻层5中四个压阻单元两端的电压值，每个触觉传感器中压阻层5中四个压阻单元两端的电压值获得各个触觉传感器握住外部物体时产生的实际压力及其三维力信息，通过各个触觉传感器的三维力信息识别外部物体的形状。

凸台3采用聚二甲基硅乙烷PDMS和粘结剂通过模具脱模的方法共同制备而成；聚二甲基硅乙烷PDMS和粘结剂的比例为10：1；所述的压阻单元采用压敏导电片Velostat，压敏导电片Velostat具有较好的柔性，且不易产生折痕，同时其电学性能也较为均一稳定；所述的温敏电阻采用TSM1B474F4151RZ1温敏电阻，不仅耐高温，具备优异的抗热循环性、性能稳定等特点，而且其阻值不受压力影响；所述的柔性电极层的电极基底采用聚酰亚胺PI材料。

如图2所示，柔性电极层6的封装层的边沿朝外部延伸，延伸的部分上设有加热正电极9、加热地电极10、公共地电极11和测温电极12，温敏传感层的加热线圈1电连接加热正电极9和加热地电极10，NTC温敏电阻2电连接公共地电极11和测温正电极12。

加热线圈1通过加热正电极9和加热地电极10加热至预设温度，加热至37℃左右可以模拟人体温度，使得温敏传感层和凸台3也被加热至预设温度，停止加热；控制机械手的手掌接触外部物体，使得各个机械手的手掌上的各个触觉传感器的凸台3的较小的底面接触外部物体，凸台3的温度向外部物体的温度趋近直至凸台3的温度不改变，此时凸台3温度的改变使得凸台3内部的NTC温敏电阻2的温度改变为和凸台3的温度一致，公共地电极11和测温正电极12通过测量NTC温敏电阻2两端的电压变化，获取NTC温敏电阻2温度改变后的电压变化的速率，即获得凸台3和外部物体的温度变化的速率，根据外部物体的温度变化的速率获得外部物体的导热率，通过外部物体的导热率识别外部物体的材料。

三维力标定装置上安装触觉传感器，通过三维力标定装置获得对在不同旋转角度和倾斜角下的触觉传感器施加不同的压力时获得的标定数据集，通过标定数据集获得触觉传感器施加不同的压力时的三维力信息。

如图6所示，三维力标定装置包括旋转刻度盘13、半圆支撑架14和底座15，半圆支撑架14为半圆柱状，底座15的顶部开设有直径和半圆支撑架14的直径相同的弧状的凹槽，半圆支撑架14通过自身端面设有的中心旋转轴滑动安装在底座15的凹槽内，中心旋转轴位于半圆支撑架14的中心轴线处，半圆支撑架14的弧状的底面绕中心旋转轴在底座15的凹槽内旋转滑动；旋转刻度盘13活动在半圆支撑架14的顶面的中心，旋转刻度盘13绕自身中心旋转，三维力标定装置安装在旋转刻度盘13的顶面中心，使得凸台3的较小的底面靠近旋转刻度盘13的顶面中心，凸台3的中心轴线和旋转刻度盘13的中心轴线位于统一直线上。

底座15的远离中心旋转轴的一半圆侧面的底部设有竖直的倾斜角指示线，靠近倾斜角指示线的半圆支撑架14的一半圆端面上开设有若干倾斜角刻度线，当半圆支撑架14的顶面水平时，各个倾斜角刻度线沿半圆支撑架14的一半圆端面的半圆底边自中心朝一个圆周方向均匀间隔分布，半圆支撑架14的一半圆端面的半圆底边的中心为0刻度的倾斜角，每两个倾斜角刻度线之间的圆心角相同，当半圆支撑架14旋转时，底座15上的倾斜角指示线指向半圆支撑架14的其中一条倾斜角刻度线，即表示半圆支撑架14带动触觉传感器的倾斜的角度为倾斜角指示线所指向的倾斜角刻度线所对应的角度。

旋转刻度盘13为圆盘状，旋转刻度盘13的顶面边缘沿周向均匀间隔开设有若干旋转角刻度线；底座15的顶面设有旋转角指示线；旋转刻度盘13在未旋转前，旋转刻度盘13上的0刻度的旋转角刻度线平行于底座15的半圆侧面的直边，旋转刻度盘13上的0刻度的旋转角刻度线靠近半圆支撑架14上的各个倾斜角刻度线，底座15上的旋转角指示线指向旋转刻度盘13上的0刻度的旋转角刻度线；当旋转刻度盘13旋转时，底座15上的旋转角指示线指向旋转刻度盘13上的其中一条旋转角刻度线，即表示旋转刻度盘13带动触觉传感器的旋转的角度为旋转角指示线所指向的旋转角刻度线所对应的角度。

倾斜角刻度线具体可设4个，分别表示0°、15°、30°和45°的4个倾斜角度；旋转角刻度线可设24个，分别表示0°、15°、30°…345°、360°的24个旋转角度。

触觉传感器在安装三维力标定装置上时，通过给触觉传感器施加不同的测试压力，使得三维力标定装置获得在触觉传感器被施加不同的测试压力时的不同旋转角和倾斜角，获取各个测试压力的各个旋转角和倾斜角作为标定数据集，各个测试压力和标定数据集构成各个测试压力的三维力信息；同时使用外部采集电路采集每个触觉传感器的压阻层5的四个压阻单元两端的电压值，采集到的各个压阻单元两端的电压值和标定数据集构成训练数据集，训练数据集中包括若干训练数据，每个训练数据包括每个触觉传感器的压阻层5的四个压阻单元两端的电压值以及每个触觉传感器的测试压力的旋转角和倾斜角；将训练数据集进行归一化处理后按照预设比例划分为训练集和测试集，然后依次输入预先建立的神经网络BP中进行训练，获得训练完成的神经网络BP。

通过控制外部机械手使用整个手掌握住外部物体使得外部机械手的手掌上的各个触觉传感器产生实际压力，此时使用外部采集电路采集每个触觉传感器的压阻层5的四个压阻单元两端的电压值，将每个触觉传感器的压阻层5的四个压阻单元两端的电压值输入训练完成的神经网络BP中进行处理，神经网络BP输出每个触觉传感器的实际压力F、旋转角θ和倾斜角ψ，即获得每个触觉传感器的实际压力的三维力信息；通过获得的每个触觉传感器的实际压力的三维力信息，根据各个触觉传感器的实际压力的三维力信息，获取外部机械手手掌上各个触觉传感器的实际压力的原点位置及方向，进而通过获得各个触觉传感器的实际压力的原点位置构成的曲面识别外部物体的形状，构成的曲面的各个触觉传感器的实际压力的原点位置处的平面均垂直于实际压力的方向。

神经网络BP具体包括依次连接的输入层、三层隐含层和输出层。输入层单元数为4，对应每个触觉传感器的压阻层5的四个压阻单元两端的电压值；输出层单元数为3，对应每个触觉传感器的实际压力F、旋转角ψ和倾斜角θ；第一层隐含层神经元为20，第二层隐含层神经元为40，第三层隐含层神经元为20。

本发明触觉传感器的具体制备流程如下：

1)以聚酰亚胺PI为柔性电极层6的电极基底，在电极基底上按照相间隔的2×2的矩形矩阵阵列排布压阻电极，印刷制造如图2所示的柔性FPC电路板。

2)将四个2.5mm×2.5mm的压敏导电片Velostat或导电橡胶分别精准对齐并贴在各个压阻电极的表面，使用PET胶带4封装在柔性FPC电路板上。

3)将线径为0.08mm的铜丝在引出NTC温敏电阻两端作为电极，并将加热线圈1缠绕在NTC温敏电阻2上，放入预设的凸台3的模具中。

4)制备10:1的聚二甲基硅乙烷PDMS和粘结剂材料并进行两次真空脱泡作为浇筑材料，避免制备好的凸块中残留气泡，影响三维力的传递；将浇筑材料浇筑在凸台3的模具表面凸起层并加热固化，NCT温敏电阻2紧贴模具的较大的底面，在凸台3的较大的底面涂覆硅胶背胶表面处理剂，获得温敏传感层；

5)将温敏传感层的凸台3的较大的底面与PET胶带4层贴合，并将NTC热敏电阻2的铜导线与电热丝焊接在相应的电极上。

如图3所示，凸台3的较小的底面作为三维坐标系中的xoy平面，凸台3的较小的底面的中心为三维坐标系的原点并建立坐标系。当有倾斜角度的负载力F作用于凸台3上时，可以将负载力F分解为切向分力F_h和法向力F_v。建立三维空间坐标系，其中三维力分别指代Z、X、Y方向的力。将负载力F与xoy平面的夹角设为倾斜角ψ，则切向分力F_h＝Fcosψ和法向分力F_v＝Fsinψ。

如图4所示，设F_h与x轴的夹角为旋转角θ，将负载力F的切向力F_h分解为x、y方向的F_hx＝Fcosψcosθ和F_hy＝Fcosψsinθ，当负负载力F作用在凸台3上时，通过凸台3传导不同倾斜角ψ、旋转角θ的负载力F导致四个压阻传感器受到不同的压力致使P1、P2、P3、P4四个压阻通道输出的值不一样，通过BP神经网络非线性解耦即可解得三维力信息。

如图5所示，当凸台3受到倾斜角ψ的斜向力作用时受力如图5的a所示，将凸台3放在倾斜角ψ的斜块上可以将倾斜角ψ的斜向力转化为垂直向下的力，然而凸台受到的力不变，所以更换不同坡度的斜块可以实现施加不同倾斜角度的斜向力，如图5的b所示。

如图6所示，由于更换不同坡度的斜块容易产生实验误差且效率不高。将触觉传感器固定在三维力标定装置的旋转刻度盘的中心，通过旋转刻度盘13调节旋转角θ，旋转半圆支撑架14调节倾斜角ψ，最后通过万能拉压试验机施加垂直的力，用外部采集电路采集压阻传感器的输出信号，通过BP神经网络的非线性解耦得到三维力信息。

本发明提供的基于柔性多功能触觉传感器的三维力检测装置检测的范围在0.5N-5N之间，并可以很好地解耦在外部物体接触面45°以内的力，当加热至37℃的凸台接触外部物体时能通过导热率的不同有效区分不同材料的物体，并且能够很好地满足了人体手部的受力情况及抓取时冷热的感知；本发明能够通过触觉传感器获得的三维力信息判断外部物体的形状，实现外部物体的精准识别。

Claims (10)

1.一种新型柔性多功能触觉传感器，其特征在于：包括依次层叠布置的温敏传感层、PET胶带(4)、压阻层(5)和柔性电极层(6)，柔性电极层(6)电连接外部采集电路；温敏传感层包括加热线圈(1)、NTC温敏电阻(2)和凸台(3)，加热线圈(1)和NTC温敏电阻(2)安装在凸台(3)内部，加热线圈(1)缠绕在NTC温敏电阻(2)上；凸台(3)为四棱台状，凸台(3)的较大的底面和PET胶带(4)的一侧面压接，多个触觉传感器均匀分布在外部机械手的手掌上，各个触觉传感器的凸台(3)的较小的底面构成机械手的手掌的掌面。

2.根据权利要求1所述的一种新型柔性多功能触觉传感器，其特征在于：所述的压阻层(5)包括四个压阻单元，柔性电极层(6)包括电极基底和四个压阻电极，四个压阻单元和四个压阻电极均各自呈相同的相间隔的2×2的矩形矩阵阵列排布，在矩形矩阵相同位置处的每个压阻单元和压阻电极正对布置；四个压阻电极布置在电极基底的一侧面，PET胶带(4)的另一侧面将压阻层(5)封装在柔性电极层(6)的一侧面；每个压阻电极均电连接外部采集电路；凸台(3)的较小的底面的四个角分别正对四个压阻单元的中心点。

3.根据权利要求2所述的一种新型柔性多功能触觉传感器，其特征在于：所述的压阻电极包括压阻正电极(7)和压阻地电极(8)，压阻正电极(7)和压阻地电极(8)位于同一平面上且不相接触，每个压阻正电极(7)和压阻地电极(8)均和外部采集电路电连接；在矩形矩阵相同位置处的压阻电极的压阻正电极(7)和压阻负电极(8)均和压阻单元之间通过导电银胶贴合。

4.根据权利要求2所述的一种新型柔性多功能触觉传感器，其特征在于：所述的柔性电极层(6)的封装层的边沿朝外部延伸，延伸的部分上设有加热正电极(9)、加热地电极(10)、公共地电极(11)和测温电极(12)，温敏传感层的加热线圈(1)电连接加热正电极(9)和加热地电极(10)，NTC温敏电阻(2)电连接公共地电极(11)和测温正电极(12)。

5.应用于权利要求1-4所述的新型柔性多功能触觉传感器的识别方法，其特征在于：所述的触觉传感器按压外部物体时产生压力，通过控制外部机械手使用整个手掌握住外部物体使得外部机械手的手掌上的各个触觉传感器产生压力，此时使用外部采集电路采集每个触觉传感器中压阻层(5)中四个压阻单元两端的电压值，每个触觉传感器中压阻层(5)中四个压阻单元两端的电压值获得各个触觉传感器握住外部物体时产生的实际压力及其三维力信息，通过各个触觉传感器的三维力信息识别外部物体的形状；

加热线圈(1)通过加热正电极(9)和加热地电极(10)加热至预设温度，使得温敏传感层和凸台(3)也被加热至预设温度，停止加热；控制机械手的手掌接触外部物体，使得各个机械手的手掌上的各个触觉传感器的凸台(3)的较小的底面接触外部物体，凸台(3)的温度向外部物体的温度趋近直至凸台(3)的温度不改变，此时凸台(3)温度的改变使得凸台(3)内部的NTC温敏电阻(2)的温度改变为和凸台(3)的温度一致，公共地电极(11)和测温正电极(12)通过测量NTC温敏电阻(2)两端的电压变化，获取NTC温敏电阻(2)温度改变后的电压变化的速率，即获得凸台(3)和外部物体的温度变化的速率，根据外部物体的温度变化的速率获得外部物体的导热率，通过外部物体的导热率识别外部物体的材料。

6.一种三维力标定装置，其特征在于：所述的三维力标定装置上安装触觉传感器，通过三维力标定装置获得对在不同旋转角度和倾斜角下的触觉传感器施加不同的压力时获得的标定数据集，通过标定数据集获得触觉传感器施加不同的压力时的三维力信息；所述的触觉传感器采用权利要求1-4任一所述的一种新型柔多功能触觉传感器。

7.根据权利要求6所述的一种三维力标定装置，其特征在于：包括旋转刻度盘(13)、半圆支撑架(14)和底座(15)，半圆支撑架(14)为半圆柱状，底座(15)的顶部开设有直径和半圆支撑架(14)的直径相同的弧状的凹槽，半圆支撑架(14)通过自身端面设有的中心旋转轴滑动安装在底座(15)的凹槽内，中心旋转轴位于半圆支撑架(14)的中心轴线处，半圆支撑架(14)的弧状的底面绕中心旋转轴在底座(15)的凹槽内旋转滑动；

旋转刻度盘(13)活动在半圆支撑架(14)的顶面的中心，旋转刻度盘(13)绕自身中心旋转，三维力标定装置安装在旋转刻度盘(13)的顶面中心，使得凸台(3)的较小的底面靠近旋转刻度盘(13)的顶面中心，凸台(3)的中心轴线和旋转刻度盘(13)的中心轴线位于统一直线上。

8.根据权利要求7所述的一种三维力标定装置，其特征在于：所述的底座(15)的远离中心旋转轴的一半圆侧面的底部设有竖直的倾斜角指示线，靠近倾斜角指示线的半圆支撑架(14)的一半圆端面上开设有若干倾斜角刻度线，当半圆支撑架(14)的顶面水平时，各个倾斜角刻度线沿半圆支撑架(14)的一半圆端面的半圆底边自中心朝一个圆周方向均匀间隔分布，半圆支撑架(14)的一半圆端面的半圆底边的中心为0刻度的倾斜角，每两个倾斜角刻度线之间的圆心角相同，当半圆支撑架(14)旋转时，底座(15)上的倾斜角指示线指向半圆支撑架(14)的其中一条倾斜角刻度线，即表示半圆支撑架(14)带动触觉传感器的倾斜的角度为倾斜角指示线所指向的倾斜角刻度线所对应的角度；

所述的旋转刻度盘(13)为圆盘状，旋转刻度盘(13)的顶面边缘沿周向均匀间隔开设有若干旋转角刻度线；底座(15)的顶面设有旋转角指示线；旋转刻度盘(13)在未旋转前，旋转刻度盘(13)上的0刻度的旋转角刻度线平行于底座(15)的半圆侧面的直边，旋转刻度盘(13)上的0刻度的旋转角刻度线靠近半圆支撑架(14)上的各个倾斜角刻度线，底座(15)上的旋转角指示线指向旋转刻度盘(13)上的0刻度的旋转角刻度线；当旋转刻度盘(13)旋转时，底座(15)上的旋转角指示线指向旋转刻度盘(13)上的其中一条旋转角刻度线，即表示旋转刻度盘(13)带动触觉传感器的旋转的角度为旋转角指示线所指向的旋转角刻度线所对应的角度。

9.应用于权利要求6-8所述的三维力标定装置的一种标定识别方法，其特征在于：所述的触觉传感器在安装三维力标定装置上时，通过给触觉传感器施加不同的测试压力，使得三维力标定装置获得在触觉传感器被施加不同的测试压力时的不同旋转角和倾斜角，获取各个测试压力的各个旋转角和倾斜角作为标定数据集，各个测试压力和标定数据集构成各个测试压力的三维力信息；同时使用外部采集电路采集每个触觉传感器的压阻层(5)的四个压阻单元两端的电压值，采集到的各个压阻单元两端的电压值和标定数据集构成训练数据集，训练数据集中包括若干训练数据，每个训练数据包括每个触觉传感器的压阻层(5)的四个压阻单元两端的电压值以及每个触觉传感器的测试压力的旋转角和倾斜角；将训练数据集进行归一化处理后按照预设比例划分为训练集和测试集，然后依次输入预先建立的神经网络BP中进行训练，获得训练完成的神经网络BP；

通过控制外部机械手使用整个手掌握住外部物体使得外部机械手的手掌上的各个触觉传感器产生实际压力，此时使用外部采集电路采集每个触觉传感器的压阻层(5)的四个压阻单元两端的电压值，将每个触觉传感器的压阻层(5)的四个压阻单元两端的电压值输入训练完成的神经网络BP中进行处理，神经网络BP输出每个触觉传感器的实际压力F、旋转角θ和倾斜角ψ，即获得每个触觉传感器的实际压力的三维力信息；通过获得的每个触觉传感器的实际压力的三维力信息，根据各个触觉传感器的实际压力的三维力信息，获取外部机械手手掌上各个触觉传感器的实际压力的原点位置及方向，进而通过获得各个触觉传感器的实际压力的原点位置构成的曲面识别外部物体的形状。

10.根据权利要求9所述的一种标定识别方法，其特征在于：所述的神经网络BP具体包括依次连接的输入层、三层隐含层和输出层。

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