【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機械臂，具體為一種保護人體的機械臂皮膚結構及其制造方法。
技術介紹
1、在當前的機器人研究領域中，仍然有很多努力致力于克服非結構化環境帶來的挑戰。醫學、醫療保健、農業、工業4.0以及太空和水下探索等領域正在等待從目前正在開發的機器人技術中獲利。此外，就非結構化環境或情況而言，主要挑戰之一是開發能夠與人類進行安全可靠交互的機器人技術。
2、機械臂已經大規模應用于工業生產制造，目前的機械臂基本是使用示教來完成工作，機械臂會固定地跑固定程序，執行提前示教的動作，對于機械臂周邊沒有人或者無人工廠來說，這種機械臂已經滿足使用需求。然而，大部分工業生產都是人與機械臂并存的工作場景，所以這種跑固定程序的機械臂會給人帶來嚴重的生命威脅，因此機械臂需要有感知人的功能。
3、目前大部分智能的機械臂會給機械臂安裝相機作為視覺傳感器感知周圍的環境，利用視覺識別人與機器人的位置，控制機器人停止運動或者避障來保障人的安全。然而視覺對光照比較敏感，在光照條件不好的情況下，難以有效感知環境，另外視覺傳感器會受到物體遮擋的問題，從而產生視覺盲區，也會存在安全隱患。為此，我們提供了一種保護人體的機械臂皮膚結構及其制造方法解決以上問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了彌補現有技術的不足，提供了一種保護人體的機械臂皮膚結構及其制造方法，它解決了現有機械臂通過視覺識別人與機械臂的位置關系，在光照條件不好或者有物體遮擋時，不能確保工作人員安全的問題。
2、本專利技
3、一種保護人體的機械臂皮膚結構，包括活動設置的機械臂、包裹在機械臂外側的感知皮膚、與機械臂及感知皮膚電性連接的控制器，感知皮膚碰觸外界的人體時觸發控制器使得控制器控制機械臂停止；感知皮膚具有設置在機械臂上的基層、設置在基層上且并聯設置的多個傳感器單元、用于遮蓋防護傳感器單元的保護層；
4、基層采用柔性電路板制成，基層卷繞呈筒狀包覆貼設在機械臂的外側；
5、保護層采用軟性制成。
6、進一步的，傳感器單元為電阻應變式傳感器、壓力傳感器、電容式物位傳感器、壓阻式傳感器或紅外傳感器。
7、進一步的，感知皮膚還包括設置在基層上的粘膠層、與粘膠層可分離貼合的離型層，基層采用柔性電路板制成，基層經由粘膠層粘貼在機械臂的外表面上；保護層采用海綿或硅膠制成。
8、進一步的，基層與機械臂直接貼合，能夠通過固溶膠固定在機械臂表面，基層表面還設置有導電層，感知皮膚內部還設置有靜電發生模塊；
9、導電層是以聚氨酯為基礎材料，聚苯乙烯磁性復合材料和石墨烯粉末作為摻雜材料制備得到，導電層表面開設有放置槽，靜電感應傳感器鑲嵌在放置槽中；
10、保護層為硅膠塊拼接，且相鄰硅膠塊留有縫隙，縫隙內填充有導電絲；
11、靜電發生模塊能夠向導電層注入電荷，靜電發生模塊和導電層能夠形成弱靜電場，靜電發生模塊和傳感器單元均能夠與外部控制設備相連接。
12、機械臂還包括連接臂、第一電機、第一減速器和第二電機，機械臂一端還安裝有抓取單元。
13、進一步的，連接臂安裝在控制器上端，控制器內部設置有第三電機，連接臂與第三電機電性連接，第一電機安裝在連接臂上端，第一減速器安裝在第一電機側面，連接臂有兩個，另一個連接臂一端安裝在第一減速器側面。
14、進一步的，第二電機安裝在連接臂另一端，第二電機一端安裝有第二減速器，抓取單元安裝在第二減速器一端。
15、進一步的，第一減速器和第二減速器為行星減速器、斜齒圓柱減速器、錐齒輪減速器或蝸桿減速器中任一種，第一電機、第二電機和第三電機的型號相同。
16、進一步的，抓取單元為負壓吸盤。
17、進一步的，導電層表面還涂覆有導電涂層，導電涂層為納米導電顆粒、分散劑、偶聯劑、水、催化劑和有機溶劑混合制備。
18、進一步的，導電絲是以導電材料為芯層，聚芳酯纖維和氧化硅的熔融混合液為皮層，經由同軸靜電紡絲，干燥，制備得到，導電絲用于引導靜電場吸附的游離電荷。
19、一種保護人體的機械臂皮膚結構的制造方法，包括以下步驟，
20、步驟1、將聚苯乙烯磁性復合材料和石墨烯粉末分別懸浮在適量的溶劑中，并混合均勻，再將混合液與聚氨酯按照1:4-6.5的比例均勻混合，得到導電混合物；
21、步驟2、將步驟1中的導電混合物通過壓延或注塑的方法加工成所需形狀和厚度的導電層，對制備好的導電皮膚進行導電性能測試，并在導電層表面開設與靜電感應傳感器相對應的放置槽；
22、步驟3、將導電涂層均勻涂覆在導電層表面，將靜電感應傳感器嵌設在放置槽中，將靜電發生模塊固定在導電層表面，控制設備控制靜電發生模塊通過導線向導電層中注入電荷，形成弱靜電場；
23、步驟4、在保護層的表面縫隙中填充導電絲，然后將基層、導電層和保護層依次通過熱熔膠或固溶膠固定，得到感知皮膚，并將感知皮膚的基層與機械臂相貼合。
24、進一步的，步驟4中，保護層表面的縫隙為1.5mm—2.5mm，導電絲的直徑為1.2mm—1.8mm。
25、進一步的，步驟1中，聚苯乙烯磁性復合材料的制備方法如下，
26、步驟1.1、選擇合適大小和形狀的聚苯乙烯顆粒作為基體材料；
27、步驟1.2、對聚苯乙烯顆粒進行表面修飾，引入具有離子交換能力的官能團，使得聚苯乙烯顆粒表面帶有親電子結構；
28、步驟1.3、將磁性納米顆粒懸浮于含有離子官能團的聚苯乙烯顆粒的溶液中，通過離子交換的方式，使磁性顆粒與聚苯乙烯顆粒表面發生吸附反應，將磁性顆粒均勻分散在聚苯乙烯顆粒表面形成復合材料；
29、步驟1.4、將經過離子交換后的復合材料進行固液分離，將所得到的復合材料進行干燥處理，得到最終的聚苯乙烯磁性復合材料
30、與現有技術相比，該保護人體的機械臂皮膚結構及其制造方法具備如下有益效果：
31、一、本專利技術通過在機械臂表面貼合感知皮膚，并在感知皮膚上構建弱靜電場，能夠通過人體在進入靜電場后，引發的靜電感應，實時監測工作人員的位置和速度，不僅能夠減少工作人員在操作機械臂時的意外受傷風險，保障工作人員的安全，還能夠在工作人員誤進入危險區域時，根據工作人員的速度進行減速規避甚至停機避讓，確保機械臂在操作過程中不會與工作人員發生碰撞或接觸，提升工作場所的安全性，保障了工作人員的安全。
32、二、本專利技術通過以聚氨酯為基礎材料，聚苯乙烯磁性復合材料和石墨烯粉末作為摻雜材料制備導電層，其中聚氨酯作為基材具有較好的彈性和耐磨損性能，能夠增強導電皮膚的抗磨損性能，延長使用壽命；聚苯乙烯磁性復合材料和石墨烯粉末作為摻雜材料具有良好的導電性能，能夠顯著提高導電皮膚的導電性能，降低電阻，提升信號傳輸效率，同時，聚苯乙烯磁性復合材料和石墨烯粉末具有良好的機械強度和硬度，能夠增強導電皮膚的機械性能，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種保護人體的機械臂皮膚結構，包括活動設置的機械臂(2)、包裹在機械臂(2)外側的感知皮膚(3)、與機械臂(2)及感知皮膚(3)電性連接的控制器(1)，感知皮膚(3)碰觸外界的人體時觸發控制器(1)使得控制器(1)控制機械臂(2)停止，其特征在于：所述感知皮膚(3)具有設置在機械臂(2)上的基層(301)、設置在基層(301)上且并聯設置的多個傳感器單元、用于遮蓋防護傳感器單元的保護層(304)；
2.根據權利要求1所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述傳感器單元為電阻應變式傳感器、壓力傳感器、電容式物位傳感器、壓阻式傳感器或紅外傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述感知皮膚(3)還包括設置在基層(301)上的粘膠層(302)、與粘膠層(302)可分離貼合的離型層(303)，基層(301)采用柔性電路板制成，基層(301)經由粘膠層(302)粘貼在機械臂(2)的外表面上；保護層(304)采用海綿或硅膠制成。
4.根據權利要求1所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述基層(3
5.根據權利要求1所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述機械臂(2)還包括連接臂(201)、第一電機(202)、第一減速器(203)和第二電機(204)，所述機械臂(2)一端還安裝有抓取單元(206)。
6.根據權利要求5所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述連接臂(201)安裝在控制器(1)上端，所述控制器(1)內部設置有第三電機(101)，所述第一電機(202)安裝在連接臂(201)上端，所述第一減速器(203)安裝在第一電機(202)側面，所述連接臂(201)有兩個，另一個所述連接臂(201)一端安裝在第一減速器(203)側面。
7.根據權利要求6所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述第二電機(204)安裝在連接臂(201)另一端，所述第二電機(204)一端安裝有第二減速器(205)，所述抓取單元(206)安裝在第二減速器(205)一端。
8.根據權利要求7所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述第一減速器(203)和第二減速器(205)為行星減速器、斜齒圓柱減速器、錐齒輪減速器或蝸桿減速器中任一種，所述第一電機(202)、第二電機(204)和第三電機(101)的型號相同。
9.根據權利要求8所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述抓取單元(206)為負壓吸盤。
10.一種保護人體的機械臂皮膚結構制造方法，其特征在于：該保護人體的機械臂皮膚結構制造方法，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種保護人體的機械臂皮膚結構，包括活動設置的機械臂(2)、包裹在機械臂(2)外側的感知皮膚(3)、與機械臂(2)及感知皮膚(3)電性連接的控制器(1)，感知皮膚(3)碰觸外界的人體時觸發控制器(1)使得控制器(1)控制機械臂(2)停止，其特征在于：所述感知皮膚(3)具有設置在機械臂(2)上的基層(301)、設置在基層(301)上且并聯設置的多個傳感器單元、用于遮蓋防護傳感器單元的保護層(304)；
2.根據權利要求1所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述傳感器單元為電阻應變式傳感器、壓力傳感器、電容式物位傳感器、壓阻式傳感器或紅外傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述感知皮膚(3)還包括設置在基層(301)上的粘膠層(302)、與粘膠層(302)可分離貼合的離型層(303)，基層(301)采用柔性電路板制成，基層(301)經由粘膠層(302)粘貼在機械臂(2)的外表面上；保護層(304)采用海綿或硅膠制成。
4.根據權利要求1所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述基層(301)與所述機械臂(2)直接貼合，且通過固溶膠固定在所述機械臂(2)表面，所述基層(301)表面還設置有導電層；
5.根據權利要求1所述的一種保護人體的機械臂皮膚結構，其特征在于：所述機械臂(2)還包括連接臂(20...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳敦堅，戚廣圖，周春翔，
申請(專利權)人：深圳市華盛控科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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