柔性电极、电子皮肤、装置的外壳、机械臂和机器人的制作方法

1.本实用新型涉及电子皮肤技术领域，特别涉及一种柔性电极、电子皮肤、装置的外壳、机械臂和机器人。


背景技术：

2.目前，机械设备探测接近物体的主要方法是通过壳体和物体进行物理接触。以接触式的电阻式壳体为例，电阻式壳体依靠接近物体与机器人接触后引起壳体的形变，并发送表征形变的接触信号。但是，若接近物体不直接接触电子皮肤，机械设备则无法实现对接近物体非接触式的距离检测，且当机械设备处于运动状态时，机械设备与物体进行接触容易造成物体的损坏。
3.如申请为：201980041854.5的专利中公开的机械设备的壳体、壳体组件、机械臂以及机器人，以及201980041894.x的专利中公开的传感电路、逻辑电路板、关节控制板、主控器板及机器人，提供了一种自电容感应原理的电子皮肤及其工作方法，其中，电子皮肤的电极采用设置在壳体上导电金属片或在壳体上涂覆铜浆形成；当机械设备运行时，壳体内部的器件会产生干扰信号对电子皮肤的电极造成电磁干扰，从而影响电子皮肤对接近导体的检测效果。


技术实现要素：

4.本实用新型主要解决的技术问题是电子皮肤的电极会受到壳体内部的电磁干扰信号的干扰，而影响电子皮肤对接近导体的检测效果。
5.为实现上述目的，本实用新型提出的电子皮肤的柔性电极，包括：
6.绝缘基材层，绝缘基材层由柔性材料制成；
7.电极，电极设于绝缘基材层的一侧；
8.屏蔽层，屏蔽层设于绝缘基材层的另一侧；
9.电极能够与接近的导体构成电容。
10.其中，电极和屏蔽层是柔性的，或电极和屏蔽层形成于绝缘基材层上。
11.其中，电极于屏蔽层所在平面的正投影均落入屏蔽层上。
12.其中，屏蔽层具有折边，电极位于若干折边围合成的屏蔽框内。
13.其中，电极包括层叠设置的第一电极层和第二电极层，且第一电极层和第二电极层之间设有绝缘间隔层。
14.其中，还包括两绝缘保护层，两绝缘保护层分别覆盖在电极和屏蔽层上。
15.本实用新型进一步提出一种电子皮肤，包括检测电路和上述的柔性电极，检测电路与电极和屏蔽层电连接。
16.其中，检测电路的检测端与电极电连接，检测电路的检测端还经运算放大器电连接屏蔽层。
17.本实用新型进一步还提出一种装置的外壳，包括：
18.壳体以及上述的电子皮肤；
19.电子皮肤设置于壳体之上。
20.其中，壳体包括位于电子皮肤内侧和/或外侧的柔性层。
21.本实用新型进一步还提出一种机械臂，包括：
22.本体；
23.控制板；以及
24.若干个上述装置的外壳，装置的外壳设置于本体的外表面，控制板与检测电路电连接。
25.本实用新型进一步还提出一种机器人，包括上述机械臂。
26.本实用新型柔性电极的技术方案，通过在绝缘基材层上与电极背对的一侧设置了屏蔽层，采用本柔性电极的电子皮肤安装在设备壳体上使用时，设备壳体内部的器件产生的电磁干扰信号会被屏蔽层屏蔽阻挡，不能到达电极处，使电极不会受到壳体内部的器件产生的电磁干扰信号的干扰，从而保证电子皮肤的对接近导体的检测效果。
附图说明
27.图1为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
28.图2为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
29.图3为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
30.图4为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
31.图5为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
32.图6为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
33.图7为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
34.图8为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
35.图9为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
36.图10为本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图；
37.图11为本实用新型一实施例中的电子皮肤的检测电路与柔性电极的电连接关系图；
38.图12为本实用新型一实施例中的电子皮肤的检测电路与柔性电极的电连接关系图。
39.图13为本实用新型一实施例中的机械臂的结构示意图。
具体实施方式
40.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.本实用新型提出一种电子皮肤的柔性电极。
42.参阅图1，图1是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
43.在本实施例中，电子皮肤的柔性电极包括绝缘基材层10、电极20和屏蔽层30，绝缘基材层10由柔性材料制成，电极20设于绝缘基材层10的一侧，屏蔽层30设于绝缘基材层10的另一侧；电极20能够与接近的导体构成电容，电子皮肤的电路通过检测电极20与接近的导体构成的电容的电容值大小或电容值变化量，以获得接近导体与电子皮肤的接近距离和接近速度。
44.本实施例的柔性电极，通过在绝缘基材层10上与电极20背对的一侧设置了屏蔽层30，采用本柔性电极的电子皮肤安装在设备(例如机械臂)壳体上使用时，设备壳体内部的器件产生的电磁干扰信号会被屏蔽层30屏蔽阻挡，不能到达电极20处，使电极20不会受到壳体内部的器件产生的电磁干扰信号的干扰，从而保证电子皮肤的对接近导体的检测效果，使电子皮肤的检测距离和检测精度提升，避免了检测距离不准或检测误判的情况发生。
45.在一实施例中，绝缘基材层10由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。
46.在一些实施例中，电极20和屏蔽层30由导电材料制成。电极20可以是具有柔性的导电片，通过粘贴等方式结合到绝缘基材层10上，电极20也可以是直接通过电沉积或气相沉积或印刷等方式形成于基材之上；屏蔽层30可以是具有柔性的导电片，通过粘贴等方式结合到绝缘基材层10上，屏蔽层30也可以直接通过电沉积或气相沉积或印刷等方式形成于基材之上。
47.在一些实施例中，电极20和屏蔽层30由金属材料(例如，铜、金、银等)制成。在宏观条件下，金属层其柔韧性都较差，难以变形，但是当金属层厚度降低到一定程度后，就会具备柔性，且同时也会具备一定的韧性，例如：电极20和屏蔽层30由铜制成，当其厚度在100微米～500微米之间时，韧性较强，柔性较差，当其厚度在10微米至70微米之间时，柔性较好，容易产生非塑性的形变。
48.柔性电极因其柔性可挠而容易设置(容易设置于具备复杂曲面的设备的外壳中)，具体地，因为其容易加工成特定形状，且其为柔性的容易随形设置，因此，在具体地部署环境中，非常容易设置，可以随形设置，可以贴附设置，可以夹设于两层壳体之间。
49.参阅图2，图2是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
50.在本实施例中，电极20于屏蔽层30所在平面的正投影均落入屏蔽层30上，即屏蔽层30的面积大于电极20的面积，且电极20的各个边缘均在屏蔽层30的边缘的内侧。如此，保证不会有从屏蔽层30所在侧过来的少量干扰信号，能从屏蔽层30的边缘处通过而到达电极20情况发生，达到更好的屏蔽效果。
51.参阅图3和图4，图3是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图，图4是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
52.在本实施例中，屏蔽层30具有折边31，电极20位于若干折边31围合成的屏蔽框内。大多数设备的关节或器件通常都比较多，电子皮肤安装在设备的壳体上使用时，在设备运行过程中，设备的其它关节或器件可能会运动到电子皮肤的周侧，可能向电子皮肤方向传输少量的干扰信号；本实施例通过屏蔽层30的这边围合成的屏蔽框，以屏蔽阻挡掉从电子皮肤周侧过来的干扰信号，进一步的确保电子皮肤在设备运行过程中的检测效果。本实施例的图中的折边31是以大致为90
°
弯折的情形进行示意，仅是使图中折边31与屏蔽层30的边界能更好的看清，并不对折边31的弯折角度构成限定；实际上，折边31向绝缘基材层10这
一次弯折的角度可以是0～90
°
中的任意角度(例如，20
°
、30
°
、45
°
、60
°
)；另外，折边31的弯折处还可以是过渡的弧面。
53.在一些实施例中，折边31贯穿绝缘基材层10设置(参阅图3)，即绝缘基材层10上设置供折边31穿过的缝隙，折边31穿插在缝隙中。
54.在一些实施例中，绝缘基材层10完全位于折边31围合成的屏蔽框内(参阅图4)。
55.参阅图5和图6，图5是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
56.在本实施例中，电极20包括层叠设置的第一电极层21和第二电极层22，且第一电极层21和第二电极层22之间设有绝缘间隔层40。
57.本实施例的柔性电极，通过设置层叠的第一电极层21和第二电极层22，当第一电极层21或第二电极层22其中一个出现损坏或故障失效后，可以继续使用另一个进行正常的工作检测，提升了该柔性电极的使用寿命，降低了使用该柔性电极的电子皮肤的柔性电极的维护更换频率。也可以，使用第一电极层21和第二电极层22对接近的导体共同检测，根据第一电极层21和第二电极层22的检测相互验证，确保检测结果的准确性和精确度。
58.参阅图6，图6是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
59.在本实施例中，屏蔽层30的折边31贯穿绝缘基材层10和绝缘间隔层40，第一电极层21和第二电极层22均位于屏蔽层30的各个折边31围合成的屏蔽框内；绝缘基材层10和绝缘间隔层40上对应设置供折边31穿过的缝隙，折边31穿插在缝隙中。
60.在一些实施例中，绝缘基材层10和绝缘间隔层40可以是位于屏蔽层30的折边31围合成的屏蔽框内；也可以是绝缘基材层10和绝缘间隔层40中的一者位于屏蔽层30的折边31围合成的屏蔽框内，另一者设置供折边31穿过的缝隙。
61.参阅图7，图7是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
62.在本实施例中，电子皮肤的柔性电极还包括两绝缘保护层50，两绝缘保护层50分别覆盖在电极20和屏蔽层30上。通过两绝缘保护层50分别对电极20和屏蔽层30进行覆盖，以起到保护电极20和屏蔽层30的作用(包括物理保护以及防氧化保护)。
63.在一些实施例中，两绝缘保护层50的外缘结合将电极20、绝缘保护层50及屏蔽层30三者密封包覆，当然，绝缘保护层50上还开设窗口，使电极20和屏蔽层30的至少一处露出，供与外部电路电连接。
64.参见图8，图8是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
65.在本实施例中，两绝缘保护层50均为柔性的绝缘材料制成，例如，由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。柔性电极的各层结构均为柔性的，因此柔性电极可弯曲形变，以适用各种复杂的曲面，安装时可随形设置，安装更容易。
66.参见图9，图9是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
67.本实施例的方案为图3实施例与图7实施例相结合的方案。
68.参见图10，图10是本实用新型一实施例中的柔性电极的结构示意图。
69.本实施例的方案为图6实施例与图7实施例相结合的方案。
70.本实用新型还提出一种电子皮肤。
71.参阅图11，图11是本实用新型一实施例中的电子皮肤的检测电路01与柔性电极的电连接关系图。
72.在本实施例中，电子皮肤包括检测电路01和柔性电极，该柔性电极的具体结构参
照上述实施例，在此不在赘述。由于本实用新型的电子皮肤采用了上述柔性电极的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，检测电路01与柔性电极的电极20和屏蔽层30均电连接；在电极20与接近的导体构成电容时，检测电路01检测该电容的大小或该电容的变化量；检测电路01电连接屏蔽层30，构成主动屏蔽。
73.参阅图12，图12是本实用新型一实施例中的电子皮肤的检测电路01与柔性电极的电连接关系图。
74.在本实施例中，检测电路01与电极20和屏蔽层30的电连接的方案为：检测电路01的检测端与电极20电连接，检测电路01的检测端还经运算放大器02电连接屏蔽层30。运算放大器02的具体连接为：检测电路01的检测端电连接运算放大器02的同相输入端，运算放大器02的输出端电连接屏蔽层30和其反相输入端；其中，运算放大器02的放大倍数为1。
75.本实用新型进一步还提出一种装置的外壳，包括壳体以及上述的电子皮肤，电子皮肤设置于壳体之上。由于本实用新型装置的外壳采用上述电子皮肤的方案，因此至少具有上述电子皮肤所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
76.在一些实施例中，壳体包括位于电子皮肤内侧和/或外侧的柔性层。壳体为柔性结构，能够形变以适用各个设备的外壳形状，壳体可采用包覆、套设等方式设置在设备的外壳上。
77.本实用新型还提出一种机械臂。
78.参阅图13，图13是本实用新型一实施例中的机械臂的结构示意图。
79.在本实施例中，机械臂100包括本体101、控制板以及若干个上述的装置的外壳102，装置的外壳102设置于本体101的外表面，控制板与检测电路电连接。该装置的外壳102的具体结构参照上述实施例的描述。控制板根据各个装置的外壳102的检测电路的反馈的检测信号，以监测各个本体101的各个部位是否有导体迫近，避免发生碰撞，保护机械臂100的运行过程安全。
80.由于本实用新型机械臂100采用了上述装置的外壳102的全部技术方案，因此至少具有该装置的外壳102所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
81.本实用新型进一步还提出一种机器人，包括机械臂100，该机械臂100的具体结构参照上述实施例，由于本实用新型机器人采用了上述机械臂100的技术方案，因此至少具有该机械臂100所具有的所有有益效果，在此不再一一赘述。
82.以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。