阅读说明：本技术 一种具有触觉和温度感觉的智能皮肤 (Intelligent skin with touch sense and temperature sense ) 是由 田大鹏 王昱棠 王中石 王福超 贾平 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种具有触觉和温度感觉的智能皮肤。包括智能皮肤本体、力触觉传感器阵列、温度传感器阵列、信息采集与处理单元；力触觉传感器阵列、温度传感器阵列以及信息采集与处理单元分别以真空埋放的方式内置于智能皮肤本体内部；力触觉传感器阵列用于监测所述智能皮肤本体接触环境的力触觉信息；温度传感器阵列用于监测所述智能皮肤本体接触环境的温度信息；信息采集与处理单元用于采集所述力触觉信息和温度信息,并将采集信息传递给与智能皮肤通信的其他处理单元。本申请可以智能感知接触环境的力触觉及温度信息,并保证了智能皮肤的自然、美观,并可以形成任意人类肢体的形状,作为其肢体皮肤的替代。(The present application relates to a smart skin having tactile and temperature sensations. The intelligent skin care device comprises an intelligent skin body, a force touch sensor array, a temperature sensor array and an information acquisition and processing unit; the force touch sensor array, the temperature sensor array and the information acquisition and processing unit are respectively embedded in the intelligent skin body in a vacuum embedding manner; the force touch sensor array is used for monitoring force touch information of the contact environment of the intelligent skin body; the temperature sensor array is used for monitoring temperature information of the environment in which the intelligent skin body is contacted; the information acquisition and processing unit is used for acquiring the force touch information and the temperature information and transmitting the acquired information to other processing units in communication with the intelligent skin. The intelligent sensing device can intelligently sense the force touch sense and the temperature information of the contact environment, guarantees the nature and the attractiveness of intelligent skin, and can form the shape of any human limb to be used as the substitute of the limb skin.)

一种具有触觉和温度感觉的智能皮肤

技术领域

本申请属于智能皮肤技术领域，特别涉及一种具有触觉和温度感觉的智能皮肤。

背景技术

皮肤感觉是由皮肤感受器官所产生的感觉，包括触觉、压觉、振动觉、温度觉等。人的皮肤感觉其中的神经感受器有触压传感器等多传感器，来感知皮肤接触环境的状态。

人体的每个部分都具有独特的颜色和形状，肢体残缺或部分身体皮肤残缺后，需要在视觉上和功能上对残缺的身体进行弥补。装饰型人造皮肤可以恢复外观，使残缺的身体变得更加完整和自然。

目前比较常见的用于形象美体功能的人造皮肤类产品多由硅胶制成，其内部可以带有填充物，使皮肤细腻、真实、柔软，可以用于身体残缺者人群。这类人造皮肤虽然可以实现形象美体功能，有些还可以在残疾人士抓握过程中起到支撑作用，但它们不具有环境感知能力，使用者无法通过皮肤感知周围环境的触觉、温度等皮肤感觉信息，无法替代人类皮肤的功能。尤其是为肢体残疾患者作为肢体皮肤的替代时，无法直接、有效地为肢体残疾患者提供接触环境的力触觉信息及温度信息。

发明内容

本申请提供了一种具有触觉和温度感觉的智能皮肤，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：

一种具有触觉和温度感觉的智能皮肤，包括智能皮肤本体、力触觉传感器阵列、温度传感器阵列、信息采集与处理单元；所述力触觉传感器阵列、温度传感器阵列以及信息采集与处理单元分别通过真空埋入的方式内置于由橡胶或硅胶材料制作的智能皮肤本体内部；

所述力触觉传感器阵列包括至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器用于监测所述智能皮肤本体接触环境的力触觉信息；

所述温度传感器阵列包括至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器用于监测所述智能皮肤本体接触环境的温度信息；

所述信息采集与处理单元用于采集所述力触觉信息和温度信息，并将采集的力触觉信息和温度信息传递给位于智能皮肤外部的其他处理单元，所述其他处理单元对所述力触觉信息和温度信息进行处理及分析，获取智能皮肤感知到的力触觉和温度信息。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述力触觉传感器阵列、温度传感器阵列以及信息采集与处理单元分别安装在电路板上，并内置于智能皮肤本体内部。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述力触觉传感器阵列为压力传感器阵列，还包括第一信号放大器、第一模数转换器和第一传输总线；所述温度传感器阵列还包括第二信号放大器、第二模数转换器和第二传输总线；所述至少一个力触觉传感器、第一信号放大器、第一模数转换器、第一传输总线、至少一个温度传感器、第二信号放大器、第二模数转换器、第二传输总线分布在智能皮肤本体中；所述至少一个力触觉传感器监测外界的力触觉信息，所述至少一个温度传感器监测外界的温度信息，所述力触觉信息和温度信息分别经过第一信号放大器和第二信号放大器进行信号放大后，再分别经过第一模数转换器和第二模数转换器对放大信号进行转化，最后分别经过第一传输总线和第二传输总线传输至信息采集与处理单元。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述至少一个温度传感器和至少一个力触觉传感器分别呈一定空间分辨率排布在智能皮肤本体内。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述信息采集与处理单元将力触觉信息和温度信息传输至其他处理单元的传输方式包括总线方式或蓝牙、5G、Wi-Fi方式。

相对于现有技术，本申请实施例的具有触觉和温度感觉的智能皮肤至少具有以下有益效果：

1、通过将力触觉传感器阵列及温度传感器阵列以真空埋入的方式埋入由橡胶、硅胶材料制作而成的智能皮肤内，使智能皮肤可以智能地感知接触环境的力触觉及温度信息，并保证了智能皮肤的自然、美观；

2、扩大了智能皮肤的使用范围，智能皮肤本体可以形成任意人类肢体的形状，可广泛地用于肢体残疾患者的肢体皮肤功能替换、虚拟现实场景中可感知周围环境的可穿戴设备、智能机器人外层皮肤等多个其他相关场合。

附图说明

图1是本申请实施例的具有触觉和温度感觉的智能皮肤的结构示意图；

图2为本申请实施例的具有触觉和温度感觉的智能皮肤的信号流向示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，是本申请实施例的具有触觉和温度感觉的智能皮肤的结构示意图。本申请实施例的具有触觉和温度感觉的智能皮肤包括智能皮肤本体1、力触觉传感器阵列11、温度传感器阵列12、信息采集与处理单元13和其他处理单元2；其中，智能皮肤本体1采用橡胶、硅胶等材料制作而成，力触觉传感器阵列11、温度传感器阵列12以及信息采集与处理单元13分别安装在电路板(刚性或柔性)上，并内置(包裹或覆盖)于智能皮肤本体1内部。力触觉传感器阵列11用于在智能皮肤本体1接触外部环境时监测出皮肤接触环境或物体给皮肤施加的力触觉信息；温度传感器阵列12用于在智能皮肤本体1接触外部环境或物体时监测出皮肤接触环境或物体的温度信息；信息采集与处理单元13用于对力触觉传感器阵列11和温度传感器阵列12监测到的力触觉信息和温度信息进行实时采集，并将采集到的力触觉信息和温度信息传递给其他处理单元2。其他处理单元2位于智能皮肤本体1的外部，用于对信息采集与处理单元13传递的力触觉信息和温度信息进行处理及分析，获取智能皮肤本体1不同点感知到的力触觉和温度信息。

请参阅图2，为本申请实施例的具有触觉和温度感觉的智能皮肤的信号流向示意图。本申请实施例中，力触觉传感器阵列11优选为压力传感器阵列，其包括力触觉传感器101、第一信号放大器102、第一模数转换器103和第一传输总线104；温度传感器阵列12包括温度传感器201、第二信号放大器202、第二模数转换器203和第二传输总线204；力触觉传感器101、第一信号放大器102、第一模数转换器103、第一传输总线104、温度传感器201、第二信号放大器202、第二模数转换器203、第二传输总线204分布在智能皮肤本体1中，力触觉传感器101和温度传感器201的数量分别为至少一个，且力触觉传感器101和温度传感器201可以任意分布规律进行分布，使智能皮肤具有一定灵敏度和空间分辨分布的力触觉及温度敏感能力。实际使用时，力触觉传感器阵列11中的力触觉传感器101实时监测外界的力触觉信息，温度传感器阵列12中的温度传感器201实时监测外界的温度信息，力触觉信息和温度信息分别经过第一信号放大器102和第二信号放大器202进行信号放大后，再分别经过第一模数转换器103和第二模数转换器203对放大信号进行转化，最后分别经过第一传输总线104和第二传输总线204传输至信息采集与处理单元13。

本申请实施例中，信息采集与处理单元13为柔性或其他容易嵌入智能皮肤的处理器单元，使佩戴智能皮肤的使用者几乎无法感觉出信息采集与处理单元的存在。信息采集与处理单元13可以是一个处理模块，也可是多个子处理单元，如果是多个子处理单元，则各子处理单元之间可以通过总线方式进行连接。

本申请实施例中，信息采集与处理单元13将力触觉信息和温度信息传递给其他处理单元2的信息传递方式包括RS-485总线、RS-422总线、CAN总线等总线式方式，或蓝牙、5G、Wi-Fi等无线方式。

本申请实施例中，力触觉传感器101和温度传感器201可以是单一传感器，也可以是多个传感器组成的传感器阵列，传感器阵列以一定的空间分辨率排布在智能皮肤上，可以使智能皮肤的多个位置分别感受到不同的力触觉和温度信息，力触觉传感器101和温度传感器201的数量可根据智能皮肤的面积及精度需求配置。智能皮肤信息可以根据实际用户需求对智能皮肤一定区域内的温度传感器阵列、力触觉传感器阵列的平均温度、压力作为智能皮肤的平均温度，也可以根据不同小区域内温度传感器、力触觉传感器的温度、压力分别作为智能皮肤不同子区域的温度。

本申请实施例的智能皮肤的制作方法为：将力触觉传感器阵列11、温度传感器阵列12、信息采集与处理单元13与智能皮肤本体1的制作材料在真空环境中一起灌胶，以确保制作过程中智能皮肤本体1的制作材料和力触觉传感器阵列11、温度传感器阵列12以及信息采集与处理单元13之间不存在空气，在不破坏传感器内部结构的前提下，这种方法将大幅提高传感器阵列对智能皮肤接触环境压力和温度变化的敏感性。

本申请实施例采用硅胶等坚固并柔顺的材料制成智能皮肤，可以真实地模拟人对环境的感知与操作，可用于模拟人类皮肤血管、关节、小皱纹、指甲等细节，自然美观；还可用于为肢体残疾患者制作功能替代假肢的外皮，或用于为身体残缺患者制作智能皮肤。本申请实施例的智能皮肤具有较好的机械强度和耐久性，结实耐用，不容易损坏，可以防止水分、污垢和灰尘进入智能皮肤包裹的部位，并且可以清洁，还可以根绝不同使用者的皮肤颜色选择智能皮肤的颜色。

与现有技术相比，本申请实施例的具有触觉和温度感觉的智能皮肤至少具有以下有益效果：

1、通过将力触觉传感器阵列及温度传感器阵列以真空埋入的方式埋入由橡胶、硅胶材料制作而成的智能皮肤内，使智能皮肤可以智能地感知接触环境的力触觉及温度信息，并保证了智能皮肤的自然、美观；

2、扩大了智能皮肤的使用范围，智能皮肤本体可以形成任意人类肢体的形状，可广泛地用于肢体残疾患者的肢体皮肤功能替换、虚拟现实场景中可感知周围环境的可穿戴设备、智能机器人外层皮肤等多个其他相关场合。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本申请中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本申请所示的这些实施例，而是要符合与本申请所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。