触觉传感器、触碰事件的检测方法、感知设备及机器人

技术领域

本申请实施例涉及传感器设计领域，特别涉及一种触觉传感器、触碰事件的检测方法、感知设备及机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展和广泛的应用，机器人不但需要完成设定的机械运动，还需要感知外界环境并做出反馈。因此，通常将触觉传感器与机器人相结合。

相关技术中，已有的机器人系统大多使用商业化的碳气凝胶基传感器，通过利用碳气凝胶对压力敏感的特性来检测运动、呼吸和脉搏等生理信号，将触觉传感器设置在机器人的特定部位，使机器人能够对接触的压力进行检测。

在机器人处于精密的仿生触觉领域或复杂的现实环境的情况下，传统的碳气凝胶基传感器仅仅能够检测压力这种单一信号，这对应用于仿生触觉领域的机器人是远远不够的，仅能感知单一压力刺激的传感器已经不能满足智能时代和人工智能领域的要求。

发明内容

本申请提供了一种触觉传感器、触碰事件的检测方法、感知设备及机器人，使得结合触觉传感器的机器人能够实现对触碰事件的压力、温度及摩擦的全方位感测。所述技术方案如下：

根据本申请的一方面，提供了一种触觉传感器，所述触觉传感器包括：传感单元、弹性体支撑外壳、柔性摩擦层薄膜；

所述传感单元放置于所述弹性体支撑外壳与所述柔性摩擦层薄膜围合而成的内腔中；所述传感单元用于测量压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少一种；

所述传感单元包括碳气凝胶、上电极和下电极，所述碳气凝胶夹设在所述上电极和所述下电极之间，所述上电极的位置与所述下电极的位置相对应。

根据本申请的一方面，提供了一种用触觉传感器的制备方法，所述方法包括：

在所述弹性体支撑外壳的内腔底部固定所述下电极，在所述柔性摩擦层薄膜的下表面固定所述上电极；

将所述碳气凝胶放置于所述弹性体支撑外壳的内腔；

将所述柔性摩擦层薄膜密封于所述弹性体支撑外壳的内腔开口上侧，以使得所述碳气凝胶完全密封于所述弹性体支撑外壳的内腔中，所述上电极的位置与所述下电极的位置相对应。

根据本申请的另一方面，提供了一种触碰事件的检测方法，所述检测方法包括：

获取所述触觉传感器的测量值，所述触觉传感器是上述的触觉传感器；

根据所述测量值，测量所述触碰事件的压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少一种。

根据本申请的另一方面，提供了一种电子皮肤，所述电子皮肤包括：

所述电子皮肤的表面覆盖有触觉传感器阵列，所述触觉传感器阵列包括至少两个上述的触觉传感器。

根据本申请的另一方面，提供了一种机器人，所述机器人包括：

所述机器人表面预设位置处覆盖有上述的触觉传感器，或，如上述的电子皮肤。

根据本申请的另一方面，提供了一种感知设备，所述感知设备包括：

控制器和触觉传感器，所述触觉传感器包括至少一个上述的触觉传感器，所述控制器连接所述触觉传感器并执行以实现如上述的触碰事件的检测方法。

根据本申请的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如上方面所述的触碰事件的检测方法。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过将上电极、碳气凝胶和下电极平行叠放放置于弹性体支撑外壳内部，柔性摩擦层薄膜与弹性体支撑外壳对碳气凝胶实施封装。本申请中的触觉传感器实现了对压力、温度和摩擦等触觉信号的多功能传感。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感系统的结构示意图；

图2是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器的结构示意图；

图3是本申请一个示例性实施例提供的电极排列方式的示意图；

图4是本申请一个示例性实施例提供的碳气凝胶的制备方法的流程图；

图5是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器的制备方法的流程图；

图6是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的检测方法的流程图；

图7是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的压力信号的检测方法的流程图；

图8是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同压力下的绝对电流信号和相对电流信号的响应示意图；

图9是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同压力下对应的电流、电压曲线示意图；

图10是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的温度信号的检测方法的流程图；

图11是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同温差下的电压响应示意图；

图12是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同温差下的电压响应的灵敏度示意图；

图13是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的摩擦信号的检测方法的流程图；

图14是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在测量摩擦信号时的工作原理图；

图15是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在不同压力下的摩擦信号示意图；

图16是本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器在测摩擦信号时的处理稳定性示意图；

图17是本申请一个示例性实施例提供的电子皮肤的示意图；

图18是本申请一个示例性实施例提供的感知设备的结构示意图；

图19是本申请一个示例性实施例提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本申请一个示例性实施例提供的触觉传感系统的结构示意图，该触觉传感系统100包括智能机器人10、触觉传感器101、触觉传感器102、触觉传感器103和触觉传感器104，多个触觉传感器贴附在智能机器人10上，如图1的(a)所示，本申请实施例提供的触觉传感器是柔性的，可贴附在智能机器人10外表面上，形成“电子皮肤”，被贴附的智能机器人10外表面可以是任意形状的，如球体、半球体、圆柱体、不规则形状等等，示意性的，如图1的(a)所示，触觉传感器101贴附在智能机器人10的头部、触觉传感器102贴附在智能机器人的胸部、触觉传感器103贴附在智能机器人的腹部、触觉传感器104贴附在智能机器人的手臂。

触觉传感器还可贴附在智能机器人的机械手11上，如图1的(b)所示，触觉传感器105贴附在机械手11的手指上，通过机械手11与目标物体接触，可检测出该目标物体的大小、形状、重量、材质等参数，从而确定抓取该目标物体的手势以及抓取该目标物体需要多大的力。如机械手11抓取的物体106是球体，机械手11使用如图1的(b)所示的手势抓取物体106。可选地，触觉传感器105可贴附与手指的指尖部位、指节部位、手掌部位或整个手部，本申请对此不作限定。

图2(a)中示出了本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器的结构示意图。该触觉传感器包括：传感单元21、弹性体支撑外壳22、柔性摩擦层薄膜23。

传感单元21放置于弹性体支撑外壳22与柔性摩擦层薄膜23围合而成的内腔中。

可选地，传感单元21完全封装于弹性体支撑外壳22的内腔中；柔性摩擦层薄膜23密封设置在所述弹性体支撑外壳22的内腔开口上。

如图2(b)所示该触觉传感器的横截面示意图，传感单元21包括碳气凝胶213、上电极211和下电极212，碳气凝胶213夹设在上电极211和下电极212之间，上电极211的位置与下电极212的位置相对应。

示例性地，上电极211、碳气凝胶213和下电极212平行叠放放置于弹性体支撑外壳22的内腔中，柔性摩擦层薄膜23与弹性体支撑外壳22完全封装上电极211、碳气凝胶213和下电极212。

示例性地，下电极212通过胶水固定在弹性体支撑外壳22的内腔底部，上电极211通过胶水固定于柔性摩擦层薄膜23的下表面，将碳气凝胶213设置于弹性体支撑外壳22的内腔，即设置于下电极212上方。在设置完毕碳气凝胶213后，将固定有上电极211的柔性摩擦层薄膜23与弹性体支撑外壳22通过胶水实施固定，柔性摩擦层薄膜23下表面的上电极211与碳气凝胶213相接触。

在一种可能的实现方式中，传感单元21可用于测量压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少一种，本申请实施例对此不作限定。

可选地，传感单元21用于在第一工作时间内测量压力信号，在第二工作时间内测量温度信号，在第三工作时间内测量摩擦信号；其中，第一工作时间、第二工作时间和第三工作时间均不同。

比如，传感单元21在测量完压力信号后，接着测量摩擦信号，在测量摩擦信号后，接着测量温度信号，本申请实施例中对压力信号、温度信号和摩擦信号的测量顺序不作限定。

在一种可能的实现方式中，传感单元21可用于测量温度信号、摩擦信号中的至少一种，本申请实施例对此不作限定。

可选地，传感单元21用于在在第二工作时间内测量温度信号，在第三工作时间内测量摩擦信号；其中，第二工作时间和第三工作时间均不同。

比如，传感单元21在测量完摩擦信号后，接着测量温度信号，本申请实施例中对温度信号和摩擦信号的测量顺序不作限定。

在一种可能的实现方式中，传感单元21可用于测量压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少两种，本申请实施例对此不作限定。

可选地，传感单元21用于在第一工作时间内测量压力信号，在第二工作时间内测量温度信号，在第三工作时间内测量摩擦信号；其中，第一工作时间、第二工作时间和第三工作时间均不同。

比如，传感单元21在第一工作时间测量完压力信号后，接着在第三工作时间测量摩擦信号；或，在第三工作时间测量完摩擦信号后，接着在第二工作时间测量温度信号，本申请实施例中对压力信号、温度信号和摩擦信号的测量顺序不作限定。

在一种可能的实现方式中，触觉传感器还包括第一导线24和第二导线25；上电极211与第一导线24相连接，下电极212与第二导线25相连接，触觉传感器测得的信号通过第一导线24和第二导线25传出。

可选地，上电极212和下电极213包括银浆、铜箔、铝箔、铁箔、导电碳纸、导电聚合物中的至少一种，本申请对此不作限定。

可选地，上电极211与下电极212使用的材料是相同的或不同的。上电极211和下电极212使用的材料是柔性材料或具有柔性的材料。

可选地，上电极211与下电极212的形状是任意形状，如矩形、三角形、圆形、六边形、多边形等。本申请实施例对此不加以限定。

可选地，上电极211与下电极212也可采用拼接形式，比如上电极211与下电极212由矩形的小电极片拼接而成，上电极211与下电极212的排列方式是规则的或不规则的。示意性的，电极按照阵列形式进行排列，如图3的(a)所示，电极按照矩形阵列排列；如图3的(b)所示，电极按照“米”字型呈放射状排列；如图3的(c)所示，电极按照圆形阵列排列，如图3的(d)所示，电极按照“S”型排列。此外，电极还可按照“回”字型排列或其他形状进行排列。

综上所述，本实施例提供的触觉传感器可实现对压力、温度和摩擦等触觉信号的多功能传感，同时，通过对碳气凝胶的完全封装，使得触觉传感器在恶劣的物理化学环境中仍可以保持良好的传感性能。

基于图2的可选实施例，下面对触觉传感器中的碳气凝胶和弹性体支撑外壳的制作方法进行说明。

图4示出了对触觉传感器中的碳气凝胶的制备方法的流程图。

步骤402：称取纤维素纳米晶体CNC和氧化石墨烯粉末GO，经过稀释、搅拌、超声，得到CNC/GO悬浮液。

称取一定比例的纤维素纳米晶体(Cellulose Nanocrystal，CNC)和氧化石墨烯粉末(Graphene Oxide，GO)，用去离子水将GO稀释50-1500倍，并磁力搅拌0.5-4h，超声0.5-3h，得到GO悬浮液；将CNC倒入GO悬浮液，并磁力搅拌0.5-4h，再超声0.5-3h，得到CNC/GO悬浮液。

可选地，称取CNC晶体和GO粉末的比例为3:2、2:1、5:3、4:1、5:4、5:1、6:1中的至少一种，本申请实施例对此不作限定。

在一种可能的实现方式中，称取一定比例的纤维素纳米晶体(CelluloseNanocrystal，CNC)和氧化石墨烯粉末(Graphene Oxide，GO)，用去离子水将GO稀释200倍，并磁力搅拌2h，超声2h，得到GO悬浮液；将CNC倒入GO悬浮液，并磁力搅拌2h，再超声2h，得到CNC/GO悬浮液。

可选地，可以在获得的CNC/GO悬浮液中加入葡萄糖和尿素，以此来提高碳气凝胶的力学性能。

可选地，可以在获得的CNC/GO悬浮液中加入单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管，以此来增强碳气凝胶的电学性能。

步骤404：将CNC/GO悬浮液倒入模具进行冷冻、干燥得到CNC/GO气凝胶。

将获得的CNC/GO悬浮液倒入模具，利用液氮或超低温冰冷冻CNC/GO悬浮液，并将完全冷冻的CNC/GO悬浮液放入冷冻干燥机，冷冻干燥1-5天，制得CNC/GO气凝胶。

步骤406：将CNC/GO气凝胶置于管式炉中在惰性气体的保护下进行碳化，得到碳气凝胶。

将获得的CNC/GO气凝胶置于管式炉中，在N

可选地，将获得的CNC/GO气凝胶置于管式炉中，在N

在一种可能的实现方式中，将获得的CNC/GO气凝胶置于管式炉中，在N

可选地，CNC包括棉花纤维素，木质素，麻纤维素，秸秆纤维素，甲壳素，壳聚糖、葡萄糖中的至少一种，本申请对此不作限定。

可选地，制备碳气凝胶的模具为正方体、立方体、圆柱体中的至少一种，本申请实施例对此不作限定。制备碳气凝胶的模具的体积尺寸为75mm

下面对触觉传感器中的弹性体支撑外壳22的制备方法进行说明：

将弹性体材料进行充分搅拌均匀后，倒入外壳模具中，将外壳模具放入常温烘箱中，加压排气泡，直到弹性体材料充满外壳模具，且弹性体材料均匀无气泡，将烘箱加热到50-150℃后，固化0.5-5h，即可得到弹性体支撑外壳。

在一种可能的实现方式中，将弹性体材料进行充分搅拌均匀后，倒入外壳模具中，将外壳模具放入常温烘箱中，加压排气泡，直到弹性体材料充满外壳模具，且弹性体材料均匀无气泡，将烘箱加热到80℃后，固化2h，即可得到弹性体支撑外壳。

可选地，弹性体支撑外壳22可选用的弹性体材料包括聚二甲基硅氧烷(PolyDimethyl Siloxane，PDMS)、线性三嵌共聚物(Styrene Ethylene Butylene Styrene，SEBS)、共聚酯Ecoflex、聚酰胺(Poly Amide，PA)、聚乙烯(Poly Ethene，PE)、聚氯乙烯(Poly Vinyl Chloride，PVC)和聚偏氟乙烯(Poly Vinylidene Fluoride，PVDF)中的至少一种，本申请对此不作限定。

可选地，制备弹性体支撑外壳的外壳模具为正方体、立方体、圆柱体中的至少一种，本申请实施例对此不作限定。制备弹性体支撑外壳的外壳模具的内壁体积尺寸为4mm

可以理解的是，上述实施例可以单独实施，或任意组合实施，或全部实施。

综上所述，本实施例提供的触觉传感器，通过多种方式制备碳气凝胶和弹性体支撑外壳，提供了多种制作碳气凝胶和弹性体支撑外壳的材料，本领域技术人员可根据实际情况选择制作材料和弹性体支撑外壳尺寸，使得触觉传感器有更多的实现方式。

基于上述实施例中对碳气凝胶和弹性体支撑外壳制备描述，下面对触觉传感器的制备方法进行说明。

图5示出了本申请一个示例性实施例提供的触觉传感器的制备方法的流程图，该方法应用于制备上述触觉传感器，该方法的执行主体可以是工业流水线设备。

步骤502：在弹性体支撑外壳的内腔底部固定下电极，在柔性摩擦层薄膜的下表面固定上电极。

示例性地，在弹性体支撑外壳22的内腔底部通过胶水固定下电极212，在柔性摩擦层薄膜23的下表面通过胶水固定上电极211。

可选地，在弹性体支撑外壳22的内腔底部设置卡槽，将下电极212设置于卡槽内实现固定，同样，在柔性摩擦层薄膜的下表面设置卡槽，将上电极211设置于卡槽内实现固定。

可以理解的是，上述固定上电极211和下电极212的方式可以单独实施，或任意组合实施，本申请对此不作限定。

步骤504：将碳气凝胶放置于弹性体支撑外壳的内腔。

示例性地，在固定好上电极211和下电极212的情况下，将切割好尺寸的碳气凝胶213放于弹性体支撑外壳22的内腔。

步骤506：将柔性摩擦层薄膜密封于弹性体支撑外壳的内腔开口上侧，以使得碳气凝胶完全密封于弹性体支撑外壳的内腔中，上电极的位置与下电极的位置相对应。

示例性地，在放置完毕碳气凝胶213后，将柔性摩擦层薄膜23密封于弹性体支撑外壳22的内腔开口上侧，且将柔性摩擦层薄膜23下表面的上电极211与碳气凝胶213相接触，在使用柔性摩擦层薄膜23密封弹性体支撑外壳22的内腔时，保持上电极的位置与下电极的位置相对应。

在一种可能的实现方式中，上电极211与第一导线24相连接，下电极212与第二导线25相连接，在使用柔性摩擦层薄膜23密封弹性体支撑外壳22的内腔时，将第一导线24和第二导线25从柔性摩擦层薄膜23与弹性体支撑外壳22的密封结合处引出。

可选地，柔性摩擦层薄膜23的材料包括全氟乙烯丙烯共聚物(FluorinatedEthylene Propylene，FEP)、聚四氟乙烯(Poly Tetra Fluoro Ethylene，PTFE)、聚乙烯(Poly Ethene，PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly Ethylene Terephthalate，PET)、聚酰亚胺薄膜材料Kapton、聚碳酸酯(Poly Carbonate，PC)，尼龙Nylon、聚氯乙烯(Poly VinylChloride，PVC)中的至少一种，本申请实施例对此不作限定。

综上所述，本实施例提供的方法，为制备上述触觉传感器提供了制备方式，本领域技术人员可结合实际情况选择合适的制备材料和制备方式，使得触觉传感器有更多的实现方式。

结合上述对触觉传感器的结构说明，下面对本申请实施例中提供的触碰事件的检测方法进行说明，图6是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的检测方法的流程图，以该方法应用于连接有触觉传感器的控制器中，该方法包括：

步骤602：获取触觉传感器的测量值。

示例性地，控制器获取触觉传感器的测量值，测量值包括电流、电压中的至少一种，本申请对此不作限定。

步骤604：根据测量值，测量触碰事件的压力信号、温度信号、摩擦信号中的至少一种。

测量触碰事件的压力信号是指触觉传感器在承受压力时，控制器通过触觉传感器的输出信号来计算在触碰事件中的压力值。

测量触碰事件的温度信号是指在触觉传感器的上电极211和下电极212存在温度差时，控制器通过触觉传感器的输出信号来计算在触碰事件中的温度变化。

测量触碰事件的摩擦信号是指触觉传感器在触碰物品时，控制器通过触觉传感器的输出信号来识别触碰事件中触碰物品的种类。

控制器基于触觉传感器的测量值，从而对触碰事件中的压力信号、温度信号、摩擦信号进行测量。

在一种可能的实现方式中，控制器根据触觉传感器的测量值，执行下述三个步骤中的至少一个步骤：在第一工作时间内测量触碰事件的压力信号；在第二工作时间内测量触碰事件的温度信号；在第三工作时间内测量触碰事件的摩擦信号；其中，第一工作时间、第二工作时间和第三工作时间均不同。

可选地，控制器在第一工作时间、第二工作时间和第三工作时间中进行的测量可通过控制器实现主动控制切换或选择。比如，控制器选择在第一工作时间测量触碰事件的压力信号，在测量完压力信号后，控制器可选择在第三工作时间对触碰事件的摩擦信号进行测量，测量完摩擦信号后，控制器可选择在第二工作时间对触碰事件的温度信号进行测量；或，控制器首先选择在第三工作时间对触碰事件的摩擦信号进行测量，后续依次在第一工作时间测量触碰事件的压力信号和在第二工作时间对触碰事件的温度信号进行测量，本申请实施例对测量的时间、顺序均不作限定。

综上所述，本实施例提供的检测方法，控制器获取触觉传感器的测量值，控制器根据触觉传感器的测量值可计算得到触碰事件的压力信号、温度信号、摩擦信号，使得使用该检测方法的触觉传感器实现了具有测量触碰事件中的压力、温度和摩擦等触觉信号的多功能传感的功能。

结合上述触碰事件的检测方法的描述，下面对本申请实施例中提供的触碰事件中的压力信号的检测方法进行具体说明，图7是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的压力信号的检测方法的流程图，以该方法应用于连接有触觉传感器的控制器中，该方法包括：

步骤702：获取触觉传感器测量的第i时刻对应的第一电流值和触觉传感器测量的第i+1时刻对应的第二电流值。

控制器获取相邻两次产生的电流值，i为任意大于0的实数。第一电流值是指在第i时刻经过上电极211、碳气凝胶213和下电极212输出的电流值；第二电流值是指在第i+1时刻经过上电极211、碳气凝胶213和下电极212输出的电流值。

可选地，控制器以预设的频率或周期获取触觉传感器的电流值。

可选地，第i时刻对应的第一电流值可以是触觉传感器受到外力时对应的电流值，或未受到外力时对应的电流值。比如，第一电流值值为第i时刻，触觉传感器受到外力时经过上电极211、碳气凝胶213和下电极212输出的电流值，则第i+1时刻为触觉传感器未受到外力时经过上电极211、碳气凝胶213和下电极212输出的电流值；或，第一电流值值为第i时刻，触觉传感器没有受到外力时经过上电极211、碳气凝胶213和下电极212输出的电流值，则第i+1时刻为触觉传感器受到外力时经过上电极211、碳气凝胶213和下电极212输出的电流值。

步骤704：根据第一电流值和第二电流值计算电流变化值。

控制器计算第一电流值和第二电流值的变化值。

可选地，该变化值可以是第一电流值和第二电流之间的电流变化值，或在一定时间内的电流变化率。在一个示例中，控制器计算第一电流值和第二电流值在时间段T内的变化率。

步骤706：基于电流变化值及第一映射关系得出触碰事件中的压力值。

可选地，第一映射关系是指触觉传感器承受的压力值与电流变化值之间的对应关系。

比如，第一映射关系为表征电流变化值与压力值之间的公式，该公式为y＝kx，y是触碰事件的压力值，k是相关系数(或常数)，x是电流变化值。示意性的，电流变化值是a，则触碰事件的压力值是ka。

示例性地，图8示出了触觉传感器在不同压力下输出的绝对电流信号和相对电流信号。如图8所示，随着在触觉传感器上施加压力的增大，触觉传感器输出的绝对电流信号在逐渐增大，绝对电流是指触觉传感器直接输出的电流信号，未经过数据处理。当在触觉传感器上施加压力时，触觉传感器中的碳气凝胶213的电阻发生变化，随着压力的增大，碳气凝胶213的电阻减小，从而使得触觉传感器的输出电流增大。

同时，图8还示出了随着在触觉传感器上施加压力的增大，触觉传感器的相对电流信号在逐渐增大，相对电流是指绝对电流经过数据处理得到的电流信号，即，将绝对电流减去初始电流，再除以初始电流，得到相对电流。相对电流与压力之间的对应关系表明了触觉传感器能够灵敏的响应压力，能够更准确的测量压力信号。

示例性地，图9示出了触觉传感器在不同压力下对应的电流、电压曲线图。从图中可知，电流、电压曲线图呈现直线型，表明触觉传感器具备良好的导电性；图9所示，随着压力的增加，电流、电压曲线图的曲线斜率也随着增加，表明在触觉传感器被施加压力时，碳气凝胶213电阻灵敏的变化，导致触觉传感器能够灵敏的响应压力信号，从而对压力进行传感。

综上所述，本实施例提供的检测方法，通过控制器获取两次时刻对应的电流值，根据电流变化值与压力值的对应关系可计算得到触碰事件的压力值，使得使用该检测方法的触觉传感器实现了具有测量触碰事件的压力值的功能。

结合上述触碰事件的检测方法的描述，下面对本申请实施例中提供的触碰事件中的温度信号的检测方法进行具体说明。

图10是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的温度信号的检测方法的流程图，以该方法应用于连接有触觉传感器的控制器中，该方法包括：

步骤1002：获取触觉传感器测量的电流值和/或电压值。

在触觉传感器的上电极211和下电极212间具有温度差时，触觉传感器输出电流和电压，控制器获取触觉传感器输出电流和/或电压。

电流值是指在触觉传感器的上电极211和下电极212间具有温度差的情况下，经过上电极211、碳气凝胶213和下电极212输出的电流值；电压值是指在触觉传感器的上电极211和下电极212间具有温度差的情况下，上电极211、碳气凝胶213和下电极212之间的电压值。

步骤1004：基于电流值和/或电压值，及第二映射关系计算得到触碰事件中温度的变化。

可选地，第二映射关系是指触觉传感器中上电极211与下电极212之间的温度差与电流值和/或电压值之间的对应关系。

比如，上电极211的温度高于下电极212的温度时，触觉传感器输出电流为正，电压为正；反之，触觉传感器输出电流为负，电压为负。

示例性地，在对触觉传感器的上电极211一侧施加一个温度变化时，此时，触觉传感器的垂直方向会产生一个温度梯度，即，碳气凝胶213的垂直方向会产生一个温度梯度，上电极212与下电极212间具有温度差，温度差会引起载流子的移动，并且由于碳气凝胶213良好的导电性，触觉传感器能够将温度差转化为电流和电压信号输出，因此触觉传感器能够灵敏的感知温度变化。

示例性地，图11示出了触觉传感器在不同温差下的电压响应图。随着在触觉传感器中上电极211与下电极212间温度差的增大，触觉传感器输出的电压信号也在逐渐增大。

示例性地，图12示出了触觉传感器在不同温差下的电压响应的灵敏度图。由图12可得出，温差与电压具有很好的线性度，且本实施例中碳气凝胶213对应的电压随温差的响应灵敏度为4.73μV/℃。

综上所述，本实施例提供的检测方法，通过控制器获取触觉传感器测量的电流值和/或电压值，根据电流或电压变化值与温度差的对应关系可计算得到触碰事件的温度变化，使得使用该检测方法的触觉传感器实现了具有测量触碰事件的温度变化的功能。

结合上述触碰事件的检测方法的描述，下面对本申请实施例中提供的触碰事件中的摩擦信号的检测方法进行具体说明，图13是本申请一个示例性实施例提供的触碰事件的摩擦信号的检测方法的流程图，以该方法应用于连接有触觉传感器的控制器中，该方法包括：

步骤1302：获取上电极输出的电压值。

由于不同物体对于电荷的亲和能力不同，在触觉传感器的柔性摩擦层薄膜与测量物品发生接触时，柔性摩擦层薄膜表面的电荷会产生转移，电荷的转移导致产生电流和电压，控制器获取电荷转移过程中输出的电压值。

可选地，控制器获取电荷转移过程中输出的电压值是指上电极输出的电压值。

示例性地，图14示出了触觉传感器在测量摩擦信号时的工作原理图。如图14中(a)所示，当触觉传感器的柔性摩擦层薄膜1402与触碰物品1401发生接触时，由于不同物体对于电荷的亲和能力不同，柔性摩擦层薄膜1402表面的电荷会产生转移；随着触碰物品1401与柔性摩擦层薄膜1402的距离增加，如图14中(b)所示，大量电子沿导线转移到大地，上电极1403诱导出正电荷，导致电压表可检测到输出信号，即，电压表可检测到正电压值；随着触碰物品1401与柔性摩擦层薄膜1402的距离增加到最大，如图14中(c)所示，上电极1403诱导出最多的正电荷，导致电压表可检测到正电压值峰值；随着触碰物品1401与柔性摩擦层薄膜1402的距离减小，如图14中(d)所示，电子将从大地流回触觉传感器上电极1403，从而产生一个反向输出信号，即，电压表可检测到负电压值，因此，测试摩擦信号时，触觉传感器的输出信号为一对相对的正反峰值信号，通过这一摩擦信号可实现对不同触碰物品1401的材料识别。

步骤1304：基于电压值及第三映射关系计算得到触碰事件中的摩擦信号，进而识别触碰事件中的触碰物品。

可选地，第三映射关系是指触碰事件中触碰物品种类与电压值之间的对应关系。

由于不同物体对于电荷的亲和能力不同，故可通过测量的电压值及第三映射关系识别出触碰事件中的触碰物品。

示例性地，图15示出了触觉传感器在不同压力下的摩擦信号图。由图可知，测量的触碰物品的摩擦信号是一对具有相反方向的峰值信号。随着在触觉传感器上施加压力的增加，测量的触碰物品的摩擦信号也随之增加，直至压力为4kPa时趋于饱和。故，在测试不同触碰物品的摩擦信号时，采用4kPa压力下的接触力进行接触分离，从而实现摩擦信号的测试。

示例性地，图16示出了触觉传感器在测摩擦信号时的处理稳定性图。由图16可得出，在4kPa的接触力下，触觉传感器进行了4800s的循环测试，所测出的摩擦信号稳定，并无衰减，表明触觉传感器具有很好的循环稳定性，且触觉传感器结构使其鲁棒性和环境稳定性得到大大提升，能够为碳气凝胶提供良好的支撑和保护。

综上所述，本实施例提供的检测方法，通过控制器获取触觉传感器测量的电压值，根据电压值与触碰物品种类之间的对应关系可识别出触碰事件的碰触物品，使得使用该检测方法的触觉传感器实现了具有测量触碰事件的摩擦信号的功能。

结合上述触觉传感器以及触碰事件的检测方法的介绍，图17示出了一种电子皮肤的示意图。

示例性地，在电子皮肤的表面覆盖有触觉传感阵列，触觉传感阵列包括至少两个前述的触觉传感器。

比如，如图17所示，将电子皮肤贴于机械手上，机械手通过对物体抓握这一动作，可以收集到压力、温度和摩擦这三种触觉信号，通过机器学习对机械手进行训练，电子皮肤即可完成对物体识别的信息采集，进而应用到实时的物体识别。现实中的物体形状和材料都更加丰富多样，通过机器学习来对常见物体进行一定量数据的采集，电子皮肤即可为机械手提供精确的感知与反馈。

可选地，电子皮肤的布置可根据机械手的形状进行调整。

综上所述，本实施例提供的电子皮肤，通过电子皮肤表面覆盖的触觉传感阵列实现对压力、温度和摩擦等触觉信号的多功能传感，从而提供精确的感知与反馈。

结合上述触觉传感器以及触碰事件的检测方法，本申请一个示例性实施例提供一种机器人，该机器人表面预设位置覆盖有上述的场景传感器或上述电子皮肤，该机器人包括机械手，如：手部，该机械手用于对物品进行抓取，该机械手上覆盖有上述的触觉传感器或上述的电子皮肤。

结合上述触觉传感器以及触碰事件的检测方法，本申请一个示例性实施例提供一种感知设备的结构框图，如图18所示，该感知设备1800包括：控制器1810和触觉传感器1820，触觉传感器1820包括至少一个上述的触觉传感器1820，控制器连接触觉传感器1820并执行上述的触碰事件的检测方法。

可选地，该智能设备1800还包括显示屏1830。

该触觉传感器1820用于对触碰事件进行检测，可选地，该触觉传感器1820实现为如图2所示的触觉传感器。

在一个可选的实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质连接有上述实施例所述的触觉传感器，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如上所述的触碰事件的检测方法。

可选地，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取记忆体(Random Access Memory，RAM)、固态硬盘(Solid State Drives，SSD)或光盘等。其中，随机存取记忆体可以包括电阻式随机存取记忆体(Resistance Random AccessMemory，ReRAM)和动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

需要说明的是，上述触觉传感器的应用场景包括如下场景中的至少一种：

第一，应用于智能机器人领域，将该触觉传感器设置于智能机器人表面，根据具体智能机器人的形状来调整触觉传感器的排布，通过触觉传感器在智能机器人接触物品时的压力、温度和摩擦三重传感，赋予智能机器人类似人类的触觉感知，模仿人体皮肤复杂精密的触觉。

第二，应用于智能机器人的自我保护系统场景，将触觉传感器排布于智能机器人的体表，该触觉传感器可对外界环境进行实时的感知，并对自身系统进行保护。由于该触觉传感器能够灵敏的感知压力和温度，因此当智能机器人受到一定撞击或者所处环境温度恶劣(过冷或过热)时，即检测到的压强或者温度超过一定的阈值范围时，将触发智能机器人的自我保护开关，进行断电或者其他的自我保护行为。

第三，应用于智能的无人超市或者仓库场景中，将触觉传感器设置于分拣商品的机械臂上，利用集成触觉传感器的机械臂对不同的商品或者货物进行自动分拣。经过预先对商品的识别训练，使得机械臂能够通过触觉传感器识别出不同的物品以及匹配到其对应的位置，进而进行分拣。

值得注意的是，上述应用场景中，以智能机器人场景、智能机器人的自我保护系统场景以及智能的无人超市或者仓库场景为例进行说明，该触觉传感器还可以应用于其他需要确定压力、温度和摩擦事件的场景下，本申请实施例对此不加以限定。

请参考图19，其示出了本申请一个示例性实施例提供的计算机设备1900的结构框图。该计算机设备1900可以是便携式移动终端，比如：智能手机、平板电脑、MP3播放器(Moving Picture Experts Group Audio Layer III，动态影像专家压缩标准音频层面3)、MP4(Moving Picture Experts Group Audio Layer IV，动态影像专家压缩标准音频层面4)播放器。计算机设备1900还可能被称为用户设备、便携式终端等其他名称。

通常，计算机设备1900包括有：处理器1901和存储器1902，该处理器1901与上述实施例提供的触觉传感器相连接。

处理器1901可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器1901可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器1901也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器1901可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器1901还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。

存储器1902可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是有形的和非暂态的。存储器1902还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器1902中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器1901所执行以实现本申请中提供的触碰事件的检测方法。

在一些实施例中，计算机设备1900还可选包括有：外围设备接口1903和至少一个外围设备。具体地，外围设备包括：射频电路1904、触摸显示屏1905、摄像头1906、音频电路1907、定位组件1908和电源1909中的至少一种。

外围设备接口1903可被用于将I/O(Input/Output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器1901和存储器1902。在一些实施例中，处理器1901、存储器1902和外围设备接口1903被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器1901、存储器1902和外围设备接口1903中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。

射频电路1904用于接收和发射RF(Radio Frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路1904通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路1904将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路1904包括：天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路1904可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：万维网、城域网、内联网、各代移动通信网络(2G、3G、4G及5G)、无线局域网和/或WiFi(Wireless Fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路1904还可以包括NFC(Near Field Communication，近距离无线通信)有关的电路，本申请对此不加以限定。

触摸显示屏1905用于显示UI(User Interface，用户界面)。该UI可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。触摸显示屏1905还具有采集在触摸显示屏1905的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器1901进行处理。触摸显示屏1905用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，触摸显示屏1905可以为一个，设置计算机设备1900的前面板；在另一些实施例中，触摸显示屏1905可以为至少两个，分别设置在计算机设备1900的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，触摸显示屏1905可以是柔性显示屏，设置在计算机设备1900的弯曲表面上或折叠面上。甚至，触摸显示屏1905还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。触摸显示屏1905可以采用LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、OLED(OrganicLight-Emitting Diode,有机发光二极管)等材质制备。

摄像头组件1906用于采集图像或视频。可选地，摄像头组件1906包括前置摄像头和后置摄像头。通常，前置摄像头用于实现视频通话或自拍，后置摄像头用于实现照片或视频的拍摄。在一些实施例中，后置摄像头为至少两个，分别为主摄像头、景深摄像头、广角摄像头中的任意一种，以实现主摄像头和景深摄像头融合实现背景虚化功能，主摄像头和广角摄像头融合实现全景拍摄以及VR(Virtual Reality，虚拟现实)拍摄功能。在一些实施例中，摄像头组件1906还可以包括闪光灯。闪光灯可以是单色温闪光灯，也可以是双色温闪光灯。双色温闪光灯是指暖光闪光灯和冷光闪光灯的组合，可以用于不同色温下的光线补偿。

音频电路1907用于提供用户和计算机设备1900之间的音频接口。音频电路1907可以包括麦克风和扬声器。麦克风用于采集用户及环境的声波，并将声波转换为电信号输入至处理器1901进行处理，或者输入至射频电路1904以实现语音通信。出于立体声采集或降噪的目的，麦克风可以为多个，分别设置在计算机设备1900的不同部位。麦克风还可以是阵列麦克风或全向采集型麦克风。扬声器则用于将来自处理器1901或射频电路1904的电信号转换为声波。扬声器可以是传统的薄膜扬声器，也可以是压电陶瓷扬声器。当扬声器是压电陶瓷扬声器时，不仅可以将电信号转换为人类可听见的声波，也可以将电信号转换为人类听不见的声波以进行测距等用途。在一些实施例中，音频电路1907还可以包括耳机插孔。

定位组件1908用于定位计算机设备1900的当前地理位置，以实现导航或LBS(Location Based Service，基于位置的服务)。定位组件1908可以是基于美国的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、中国的北斗系统或俄罗斯的伽利略系统的定位组件。

电源1909用于为计算机设备1900中的各个组件进行供电。电源1909可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源1909包括可充电电池时，该可充电电池可以是有线充电电池或无线充电电池。有线充电电池是通过有线线路充电的电池，无线充电电池是通过无线线圈充电的电池。该可充电电池还可以用于支持快充技术。

在一些实施例中，计算机设备1900还包括有一个或多个传感器1910。该一个或多个传感器1910包括但不限于：加速度传感器1911、陀螺仪传感器1912、压力传感器1913、指纹传感器1914、光学传感器1915以及接近传感器1916。

加速度传感器1911以检测以计算机设备1900建立的坐标系的三个坐标轴上的加速度大小。比如，加速度传感器1911以用于检测重力加速度在三个坐标轴上的分量。处理器1901可以根据加速度传感器1911集的重力加速度信号，控制触摸显示屏1905以横向视图或纵向视图进行用户界面的显示。加速度传感器1911可以用于游戏或者用户的运动数据的采集。

陀螺仪传感器1912可以检测计算机设备1900的机体方向及转动角度，陀螺仪传感器1912可以与加速度传感器1911同采集用户对计算机设备1900的3D动作。处理器1901根据陀螺仪传感器1912采集的数据，可以实现如下功能：动作感应(比如根据用户的倾斜操作来改变UI)、拍摄时的图像稳定、游戏控制以及惯性导航。

压力传感器1913可以设置在计算机设备1900的侧边框和/或触摸显示屏1905的下层。当压力传感器1913设置在计算机设备1900的侧边框时，可以检测用户对计算机设备1900的握持信号，根据该握持信号进行左右手识别或快捷操作。当压力传感器1913设置在触摸显示屏1905的下层时，可以根据用户对触摸显示屏1905的压力操作，实现对UI界面上的可操作性控件进行控制。可操作性控件包括按钮控件、滚动条控件、图标控件、菜单控件中的至少一种。

指纹传感器1914用于采集用户的指纹，以根据采集到的指纹识别用户的身份。在识别出用户的身份为可信身份时，由处理器1901授权该用户执行相关的敏感操作，该敏感操作包括解锁屏幕、查看加密信息、下载软件、支付及更改设置等。指纹传感器1914可以被设置计算机设备1900的正面、背面或侧面。当计算机设备1900上设置有物理按键或厂商Logo时，指纹传感器1914可以与物理按键或厂商Logo集成在一起。

光学传感器1915用于采集环境光强度。在一个实施例中，处理器1901可以根据光学传感器1915采集的环境光强度，控制触摸显示屏1905的显示亮度。具体地，当环境光强度较高时，调高触摸显示屏1905的显示亮度；当环境光强度较低时，调低触摸显示屏1905的显示亮度。在另一个实施例中，处理器1901还可以根据光学传感器1915采集的环境光强度，动态调整摄像头组件1906的拍摄参数。

接近传感器1916，也称距离传感器，通常设置在计算机设备1900的正面。接近传感器1916用于采集用户与计算机设备1900的正面之间的距离。在一个实施例中，当接近传感器1916检测到用户与计算机设备1900的正面之间的距离逐渐变小时，由处理器1901控制触摸显示屏1905从亮屏状态切换为息屏状态；当接近传感器1916检测到用户与计算机设备1900的正面之间的距离逐渐变大时，由处理器1901控制触摸显示屏1905从息屏状态切换为亮屏状态。

本领域技术人员可以理解，图19中示出的结构并不构成对计算机设备1900的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。

应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同切换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。