【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及集成電路，尤其涉及一種基于fpc的柔性智能感知電子皮膚。
技術(shù)介紹
1、隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的發(fā)展，智能化的設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生了井噴式的發(fā)展。其中，視覺和圖像方面的智能化設(shè)備產(chǎn)生了許多跨越式的發(fā)展。但受限于應(yīng)用場景和條件，譬如在黑暗場景中以及感知物體的材質(zhì)等，在這種條件下，僅僅依靠視覺感知無法滿足特殊的應(yīng)用。而人體在失去視覺后仍能依靠觸覺完成許多復(fù)雜的感知與操作。人腦在處理視覺和體感信息時(shí)有著特定的層次，當(dāng)人體無法接收視覺信息時(shí)，仍能夠通過觸覺信息完成對(duì)外界刺激的感知與反饋。
2、此外，觸覺感知系統(tǒng)的研究對(duì)醫(yī)療健康領(lǐng)域也產(chǎn)生了極其重要的意義。例如，醫(yī)生通常用手和手指觸摸病人的身體，感受其柔軟度，以評(píng)估診斷確切的疼痛位置，并在手術(shù)中定位特定的解剖結(jié)構(gòu)和異常情況。將對(duì)人體進(jìn)行基于觸摸識(shí)別的過程進(jìn)行數(shù)字化，能夠給診斷者提供定量和客觀的信息，這將改變臨床上主觀和基于經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)觸診，為醫(yī)療健康領(lǐng)域帶來新的變革。
3、在實(shí)際應(yīng)用過程中，電子皮膚需要貼合在不平整且需要進(jìn)行各種動(dòng)作的人手或機(jī)械手等地方，這要求電子皮膚在保證極高的柔性度的同時(shí)需要具備良好的電氣連接穩(wěn)定性。因此，為了解決限制機(jī)器人、醫(yī)療健康等領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的接觸感知問題，設(shè)計(jì)并制造一種柔軟、穩(wěn)定、安全的電子皮膚刻不容緩。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術(shù)實(shí)施例旨在提供一種基于fpc的柔性智能感知電子皮膚，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人、醫(yī)療健康等領(lǐng)域接觸感知穩(wěn)定性不好的問題。
2、一
3、所述柔性觸覺傳感器陣列，用于感受外部壓力信號(hào)，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)；
4、所述行選擇模塊，通過高低電平選擇柔性觸覺傳感器陣列的行；
5、所述傳感器接口電路，選擇柔性觸覺傳感器陣列的列，并將選定的所述行和列對(duì)應(yīng)的陣元的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用于表示柔性觸覺傳感器陣列的壓力值。
6、進(jìn)一步的，所述柔性觸覺傳感器陣列為薄膜壓力傳感器陣列，所述薄膜壓力傳感器陣列集成在柔性fpc板上。
7、進(jìn)一步的，所述觸覺傳感陣列大小為7行5列，每個(gè)陣元均設(shè)置一個(gè)薄膜壓力傳感器。
8、進(jìn)一步的，所述傳感器接口電路包括：運(yùn)算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc；
9、所述運(yùn)算放大器，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc；
10、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
11、進(jìn)一步的，所述薄膜壓力傳感器包括正電極和負(fù)電極，柔性觸覺傳感器陣列的正電極橫向行連接，負(fù)電極縱向列連接，每個(gè)薄膜壓力傳感器都是一個(gè)觸覺像素點(diǎn)，通過行掃的方式進(jìn)行每個(gè)像素點(diǎn)壓力信息的讀取。
12、進(jìn)一步的，所述運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc和行選擇模塊的連接關(guān)系為：
13、行選擇模塊中包括模擬開關(guān)，模擬開關(guān)充當(dāng)單刀雙擲開關(guān)的作用，柔性觸覺傳感器陣列的每一行的一端均連接一個(gè)單刀雙擲開關(guān)且連接單刀雙擲開關(guān)的動(dòng)端，單刀雙擲的第一不動(dòng)端接地，第二不動(dòng)端連接運(yùn)算放大器的正相輸入端，柔性觸覺傳感器陣列的每一行的另一端均連接運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端連接反饋電阻的一端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc的輸入端，反饋電阻的另一端連接運(yùn)算放大器的反相輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc的輸出端接地，運(yùn)算放大器的正相輸入端通過參考電壓接地。
14、進(jìn)一步的，所述柔性智能感知電子皮膚的電壓檢測公式為：
15、
16、其中，vget為薄膜壓力傳感器的實(shí)際電壓值，vref為參考電壓，rg為反饋電阻，rx為薄膜壓力傳感器的阻值。
17、進(jìn)一步的，通過激光將fpc板切割成手的形狀，柔性觸覺傳感器陣列的第一行中5個(gè)薄膜壓力傳感器分別置于五指第一個(gè)指節(jié)的指尖，第二行第一個(gè)薄膜壓力傳感器置于大拇指第一個(gè)指節(jié)的后端，其余4個(gè)薄膜壓力傳感器分別置于其余四指的第二指節(jié)，第三行第一個(gè)薄膜壓力傳感器置于大拇指第二個(gè)指節(jié)，其余4個(gè)薄膜壓力傳感器分別置于其余四指的第三指節(jié)，第四行至第七行的薄膜壓力傳感器均勻分布在手掌上。
18、進(jìn)一步的，通過激光切割的方式將薄膜壓力傳感器切割為適應(yīng)電極大小的圓片，用丙烯酸膠帶將薄膜壓力傳感器固定在手型fpc板上。
19、另一方面，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種能識(shí)別物體軟硬度的柔性觸覺系統(tǒng)，所述柔性觸覺系統(tǒng)，用于根據(jù)上述所述的基于fpc的柔性智能感知電子皮膚獲取外部壓力值，并基于所述壓力值識(shí)別出物體的軟硬度。
20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)至少可實(shí)現(xiàn)如下有益效果之一：
21、1、本申請(qǐng)的電子柔性皮膚，將柔性觸覺傳感器陣列均勻布設(shè)在fpc柔性板上并裁剪成手型，可以應(yīng)用在到機(jī)器人或假肢中，通過合理排布薄膜壓力傳感器在手上的位置，可以精準(zhǔn)感知手中抓握物體的軟硬度。
22、2、本申請(qǐng)通過柔性外圍電路和bnn計(jì)算芯片的聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)電子皮膚的觸覺感知，不需要像傳統(tǒng)的觸覺感知系統(tǒng)需要硬件連接pc；直接使用bnn計(jì)算芯片來處理傳感數(shù)據(jù)，無需上傳云端，不用聯(lián)網(wǎng)因此不會(huì)產(chǎn)生信息安全問題，計(jì)算速度更快。
23、3、本申請(qǐng)通過選用1t1r單元結(jié)構(gòu)的柔性rram存算陣列，1t1r單元結(jié)構(gòu)中的氧化銦鎵鋅薄膜晶體管igzo?tft和憶阻器為rram均為柔性器件，相較于傳統(tǒng)的2t2r結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)?jiān)诓挥绊懹?jì)算精度的情況下縮小了一倍的存算陣列面積，進(jìn)一步提升能效，其柔性特點(diǎn)更適合應(yīng)用于打造電子皮膚，且整個(gè)系統(tǒng)都是柔性的，更加舒適，且使用起來也會(huì)比硬性系統(tǒng)更加耐用，能更好的與人體集成，實(shí)現(xiàn)可穿戴電子產(chǎn)品。
24、4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc、popcount模塊、乘法器和減法器等柔性外圍電路可以完整的計(jì)算整個(gè)bnn算法，可以進(jìn)行多個(gè)bit位的輸入，提高了該bnn算法的硬件電路實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算精度和準(zhǔn)確度。
25、5、本申請(qǐng)中使用了柔性觸覺傳感器陣列和柔性外圍電路，柔性外圍電路以及bnn計(jì)算芯片都集成在柔性的pcb板上，創(chuàng)建了輕薄柔軟、高穩(wěn)定性、高度集成的一體化柔性觸覺系統(tǒng)。
26、本專利技術(shù)中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實(shí)現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本專利技術(shù)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點(diǎn)可從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本專利技術(shù)而了解。本專利技術(shù)的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過說明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實(shí)現(xiàn)和獲得。
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1.一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，該皮膚包括柔性觸覺傳感器陣列、行選擇模塊和傳感器接口電路；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述柔性觸覺傳感器陣列為薄膜壓力傳感器陣列，所述薄膜壓力傳感器陣列集成在柔性FPC板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述觸覺傳感陣列大小為7行5列，每個(gè)陣元均設(shè)置一個(gè)薄膜壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述傳感器接口電路包括：運(yùn)算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述薄膜壓力傳感器包括正電極和負(fù)電極，柔性觸覺傳感器陣列的正電極橫向行連接，負(fù)電極縱向列連接，每個(gè)薄膜壓力傳感器都是一個(gè)觸覺像素點(diǎn)，通過行掃的方式進(jìn)行每個(gè)像素點(diǎn)壓力信息的讀取。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和行選擇模塊的連接關(guān)系為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述柔性智能感知電子皮膚的電壓檢測公式為：
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，通過激光將FPC板切割成手的形狀，柔性觸覺傳感器陣列的第一行中5個(gè)薄膜壓力傳感器分別置于五指第一個(gè)指節(jié)的指尖，第二行第一個(gè)薄膜壓力傳感器置于大拇指第一個(gè)指節(jié)的后端，其余4個(gè)薄膜壓力傳感器分別置于其余四指的第二指節(jié)，第三行第一個(gè)薄膜壓力傳感器置于大拇指第二個(gè)指節(jié)，其余4個(gè)薄膜壓力傳感器分別置于其余四指的第三指節(jié)，第四行至第七行的薄膜壓力傳感器均勻分布在手掌上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于FPC的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，通過激光切割的方式將薄膜壓力傳感器切割為適應(yīng)電極大小的圓片，用丙烯酸膠帶將薄膜壓力傳感器固定在手型FPC板上。
10.一種能識(shí)別物體軟硬度的柔性觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性觸覺系統(tǒng)，用于根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的基于FPC的柔性智能感知電子皮膚獲取外部壓力值，并基于所述壓力值識(shí)別出物體的軟硬度。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于fpc的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，該皮膚包括柔性觸覺傳感器陣列、行選擇模塊和傳感器接口電路；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于fpc的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述柔性觸覺傳感器陣列為薄膜壓力傳感器陣列，所述薄膜壓力傳感器陣列集成在柔性fpc板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于fpc的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述觸覺傳感陣列大小為7行5列，每個(gè)陣元均設(shè)置一個(gè)薄膜壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于fpc的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述傳感器接口電路包括：運(yùn)算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于fpc的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述薄膜壓力傳感器包括正電極和負(fù)電極，柔性觸覺傳感器陣列的正電極橫向行連接，負(fù)電極縱向列連接，每個(gè)薄膜壓力傳感器都是一個(gè)觸覺像素點(diǎn)，通過行掃的方式進(jìn)行每個(gè)像素點(diǎn)壓力信息的讀取。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于fpc的柔性智能感知電子皮膚，其特征在于，所述運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc和行選擇模塊的連接關(guān)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張鋒，張帥迪，耿玓，孫小凡，唐煒燁，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國科學(xué)院微電子研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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