电子皮肤主模块、子模块、系统、机械臂和机器人的制作方法

1.本实用新型涉及一种电子皮肤主模块、子模块、系统、机械臂和机器人，属于机器人控制技术领域。


背景技术：

2.目前一些机械设备如机器人、扫地机、平衡车、碰碰车或者龙门吊等越来越多的安装电子皮肤，以此在检测到人体如人手靠近或者接触到机械设备的表面时，采取主动的避让动作，以避免于人体的动作干涉，并避免对人体造成伤害。而一些机械设备工作时，其外露的某一些部位受传统的电子皮肤安装的限制并没有安装电子皮肤，如机器人工作时，其工具末端如夹爪并没有安装电子皮肤，这部分部件也存在接触人体的机会，以此同样带来对人体干涉或者对人体造成伤害的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型需要解决的技术问题是解决现有的机器人的电子皮肤只设置在机械臂表面，末端没有安装电子皮肤引起的与人体干涉和对其造成伤害的问题。
4.具体地，本实用新型公开一种模块化的电子皮肤主模块，包括：
5.电极，电极能够与接近的外界导体构成电容；
6.检测电路板，与电极电连接，以利用电极与外界导体之间的电容或其变化检测电极与外界导体之间的距离或其变化，得到表征电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号；
7.主模块第一接口部，与检测电路板电连接，以与外部设备传输电信号，并为检测电路板的工作进行供电。
8.可选地，电子皮肤主模块还包括主模块第二接口部，主模块第二接口部连接检测电路板，以使得检测电路板连接另一电极，以使得检测电路板检测到另一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。
9.可选地，电子皮肤主模块还包括壳体，壳体用于容纳检测电路板，主模块第一接口部和主模块第二接口部设置于壳体的壁面，电极设置于壳体的外侧壁面。
10.可选地，电子皮肤主模块还包括底座，底座设置于检测电路板的底面，通过固定件固定检测电路板于壳体内。
11.可选地，电子皮肤主模块还包括主模块第三接口部，主模块第三接口部连接检测电路板，以使得检测电路板连接再一电极，以使得检测电路板检测到再一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。
12.本实用新型还公开一种模块化的电子皮肤主模块，包括：
13.电极，电极能够与接近的外界导体构成电容；
14.检测电路板，与电极电连接，以利用电极与外界导体之间的电容或其变化检测电极与外界导体之间的距离或其变化，得到表征电极与外界导体之间的距离或其变化的电信
号；
15.逻辑控制板，逻辑控制板与检测电路板电连接，以根据检测电路板输出的电信号进行处理，以输出表征电极与外界导体接近程度的参数信息；
16.主模块第一接口部，与逻辑控制板电连接，以与外部设备传输参数信息，并为逻辑控制板和检测电路板的工作进行供电。
17.可选地，电子皮肤主模块还包括主模块第二接口部，主模块第二接口部连接检测电路板，以使得检测电路板连接另一电极，以使得检测电路板检测到另一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。
18.可选地，电子皮肤主模块还包括主模块第三接口部，主模块第三接口部连接检测电路板，以使得检测电路板连接再一电极，以使得检测电路板检测到再一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。
19.可选地，电子皮肤主模块还包括主模块第四接口部，主模块第四接口部连接逻辑控制板，以使得逻辑控制板连接另一检测电路板，以使得逻辑控制板获取到另一检测电流输出的表征另外电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。
20.可选地，电子皮肤主模块还包括主模块第五接口部，主模块第五接口部连接逻辑控制板，以使得逻辑控制板连接再一检测电路板，以使得逻辑控制板获取到再一检测电流输出的表征另外电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。
21.可选地，电子皮肤主模块还包括壳体，壳体用于容纳检测电路板和逻辑控制板，主模块的接口部设置于壳体的壁面，电极设置于壳体的外侧壁面。
22.本实用新型还公开一种模块化的电子皮肤子模块，包括：
23.电极，电极能够与接近的外界导体构成电容；
24.接口部，与电极电连接，以使得电极与上述的电子皮肤主模块的检测电路板电连接。
25.可选地，电子皮肤子模块还包括壳体，接口部设置于壳体的壁面，电极设置于壳体的外侧壁面。
26.本实用新型还公开一种模块化的电子皮肤子模块，包括：
27.电极，电极能够与接近的外界导体构成电容；
28.检测电路板，与电极电连接，以利用电极与外界导体之间的电容或其变化检测电极与外界导体之间的距离或其变化，得到表征电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号；
29.接口部，与检测电路板电连接，以使得检测电路板与如前述记载的电子皮肤主模块的逻辑控制板电连接。
30.可选地，电子皮肤子模块还包括壳体，壳体用于容纳检测电路板，接口部设置于壳体的壁面，电极设置于壳体的外侧壁面。
31.本实用新型还公开一种电子皮肤系统，电子皮肤系统包括用于外部设备的相互连接的主电子皮肤和子电子皮肤，其中主电子皮肤为上述的模块化的电子皮肤主模块，子电子皮肤为上述的模块化的电子皮肤子模块。
32.可选地，子电子皮肤模块为多个，都连接到主电子皮肤模块。
33.可选地，主电子皮肤和/或子电子皮肤还包括固定片，固定片设置于壳体的底面，
固定片上设置有固定部，以将壳体固定于外部设备的表面。
34.可选地，外部设备为机器人，电子皮肤系统固定于机器人的末端。
35.可选地，主电子皮肤模块的壳体上还设置有复位按键，复位按键与逻辑控制板电连接。
36.本实用新型还公开一种机械臂，机械臂上安装了上述的电子皮肤系统。
37.本实用新型还公开一种机器人，机器人安装了上述的电子皮肤系统，电子皮肤系统安装于机器人的工具末端。
38.本实用新型的电子皮肤主模块，在构成电子皮肤的基本部件第一电极和第一检测电路板的基础上增加主模块第一接口部，使得通过主模块第一接口部可以将第一检测电路板检测到的导体与第一电极的接近的距离或者距离变化的电信号输出到外部设备如机器人。通过主模块第一接口部，使得电子皮肤主模块形成模块化的电子皮肤设备，并通过标准化的主模块第一接口部可方便的与外部设备进行可拆卸式的安装，方便将该电子皮肤设备形成独立的设备安装到外部设备某一位置，使得外部设备具备检测导体接近的功能，并根据导体与外部设备接近的电信号采取主动的避让措施。以此避免外部设备在工作时该位置与导体形成干涉。
附图说明
39.图1是本实用新型实施例的机器人的结构示意图；
40.图2和图3是本实用新型实施例的电子皮肤主模块的结构示意图；
41.图4是本实用新型实施例的电子皮肤主模块的分解图；
42.图5和图6是本实用新型实施例的电子皮肤子模块的结构示意图；
43.图7是本实用新型实施例的电子皮肤子模块的分解图；
44.图8是本实用新型实施例的电子皮肤系统的第一实施例的框图；
45.图9是本实用新型实施例的电子皮肤系统的第二实施例的框图；
46.图10是本实用新型实施例的电子皮肤系统的第三实施例的框图；
47.图11是本实用新型实施例的电子皮肤系统的第四实施例的框图；
48.图12是本实用新型实施例的电子皮肤系统的第五实施例的框图；
49.图13是本实用新型实施例的电子皮肤系统的第六实施例的框图。
50.附图标记：
51.电子皮肤主模块100，主模块第一接口部111，主模块第二接口部112，主模块第三接口部113，主模块第四接口部114，主模块第五接口部115，主模块第六接口部116，主模块电极120，主模块检测电路板130，逻辑控制板 140，主模块壳体150，主模块固定片170，主模块固定孔171，主模块底座 180，复位按键190，
52.第一电子皮肤子模块200，第一子模块电极210，第一子模块第一接口部 221，第一子模块第二接口部222，第一子模块第三接口部223，第一子模块检测电路板230，第一子模块壳体240，第一子模块子底座250，
53.第二电子皮肤子模块300，第二子模块电极310，第二子模块第一接口部 321，第二子模块第二接口部322，第二子模块检测电路板330，
54.机器人10，关节臂11，关节部12，夹爪13，基座14。
具体实施方式
55.需要说明的是，在结构或功能不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面根据实例来详细说明本实用新型。
56.本实用新型提出一种模块化的电子皮肤主模块100，如图1至图3所示，电子皮肤主模块100包括主模块电极120、主模块检测电路板130和主模块第一接口部111。其中主模块电极120能够与接近的外界导体构成电容。主模块检测电路板130与主模块电极120电连接，以利用主模块电极120与外界导体之间的电容或其变化检测主模块电极120与外界导体之间的距离或其变化，得到表征主模块电极120与外界导体之间的距离或其变化的电信号。主模块第一接口部111与主模块检测电路板130电连接，以与外部设备传输电信号，并为主模块检测电路板130的工作进行供电。
57.这里的外界导体包括人体、导电金属体，通常为人体具体如人的手臂、手指、头部等部位。主模块电极120设置于外部设备的外侧，这里的外部设备可以是机器人、扫地机、平衡车、碰碰车或者龙门吊等机械设备，以外部设备为机器人10为例，其可设置于机器人10的机械臂或者关节的外侧，以方便与接近的导体构成电容。检测电路连接主模块电极120，其工作原理可以是基于检测振荡电路的电路结构，通过在外界导体如人体靠近电子皮肤主模块100时，其主模块电极120与人体构成电容，并将此电容接入到振荡电路中，改变其振荡频率，并通过相关的电路识别出振荡频率，通过识别到振荡频率的变化即可计算出主模块电极120与外界导体之间的距离变化或者距离的相关参数。具体的检测电路可参考现有技术的相关电路，在此不再赘述。
58.主模块第一接口部111的一端连接主模块检测电路板130，另一端连接外部设备如机器人10，以对机器人10输出导体与主模块电极120的接近的距离或者距离变化的电信号。
59.本实用新型的模块化的电子皮肤主模块100，在构成电子皮肤主模块100 的基本部件主模块电极120和主模块检测电路板130的基础上增加主模块第一接口部111，使得通过主模块第一接口部111可以将主模块检测电路板130 检测到的导体与主模块电极120的接近的距离或者距离变化的电信号输出到外部设备如机器人10。通过主模块第一接口部111，使得电子皮肤主模块100 形成模块化的电子皮肤设备，并通过标准化的主模块第一接口部111可方便的与外部设备进行可拆卸式的安装，方便将该电子皮肤设备形成独立的设备安装到外部设备某一位置，使得外部设备具备检测导体接近的功能，并根据导体与外部设备接近的电信号采取主动的避让措施。以此避免外部设备在工作时该位置与导体形成干涉。
60.具体地，当外部设备为机器人10时，电子皮肤主模块100可以安装在机器人10的某一位置如末端，使得末端的设备也可以感知到导体如人体的接近，从而在机器人10工作时，当人体的一部分如手臂或者手指太靠近末端设备或者与末端设备接触时，其电子皮肤输出接近信息至机器人10的控制设备，以使得机器人10的控制设备执行主动避让动作，以此避免与人体干涉，并避免对人体造成伤害。在机器人10实际工作场景中，末端的设备如夹爪330接触人体的几率相对机器人10的其他部位如机械臂更高，而现有技术中机器人10 的末端并没有安装电子皮肤主模块100，由于现有技术中电子皮肤安装与机械臂的表面，因此针对末端的不规则形状不适合采用现有技术中的电子皮肤的安装方式，通过本实用新型的采样模块化的结构方式，通过与机器人10末端可拆卸的壳体的方式来安装电子皮肤主模块
100，以此使得机器人10的末端具有了检测导体接近的功能并能对应采取主动避让措施，从而增强了机器人 10工作的安全性和可靠性。
61.在本实用新型的一些实施例中，如图2、图3所示，电子皮肤主模块100 还包括主模块第二接口部112，主模块第二接口部112连接主模块检测电路板 130，以使得主模块检测电路板130连接另一电极，以使得主模块检测电路板 130检测到另一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。在该实施例中，在上一实施例的基础上增加主模块第二接口部112，主模块第二接口部112的一端连接主模块检测电路板130，另一端连接另一电极，另一电极与前面的主模块电极120可以靠近设置，以此可以检测更大面积的外界导体接近的区域。具体地，第二接口可以是多个，以使得此种方案针对主模块检测电路板130 可以连接与不同主模块电极120构成的多个振荡电路的形式，如可以连接2 至4个振荡电路，每个振荡电路通过不同的主模块第二接口部112连接不同的另一电极，这些另一电极可以相互靠近设置，从而有效的增加检测的区域。
62.在本实用新型的一些实施例中，电子皮肤主模块100还包括主模块壳体 150，主模块壳体150用于容纳主模块检测电路板130，主模块第一接口部111 和主模块第二接口部112设置于主模块壳体150的壁面，主模块电极120设置于主模块壳体150的外侧壁面。如图2、图3所示，所示，主模块壳体150 内形成安装电子皮肤主模块100的安装腔室，以安装电子皮肤主模块100，主模块壳体150可以是方形、多边形等形状，在图2中为方形，在主模块壳体 150的壁面设置有主模块第一接口部111和主模块第二接口部112，其接口根据与其他设备连接的需求设置为对应的端子，如在图2中主模块第一接口部 111可以为航空插座，以连接航空插头与之配合，主模块第二接口部112在图 2中为串口头插座，以连接串口插头与之配合。主模块电极120具体可以贴合安装在主模块壳体150的外侧壁面，优选为外侧内壁面，其中外侧壁面是主模块壳体150与接近的外界导体相对的一侧。通过将电子皮肤主模块100安装在主模块壳体150中，使得对电子皮肤主模块100形成保护的腔室，而且将电子皮肤主模块100安装在主模块壳体150中后，更加方便形成独立的部件且容易安装到外部设备上。
63.具体地主模块检测电路板130通过主模块第一接口部111可以与外部设备形成通信连接，如可包括电源正极、电源负极、数据输入和数据输出四根通信线，通过电源正极、电源负极对主模块检测电路板130进行供电，而通过数据输入线和数据输出线于外设进行双向通信。主模块第二接口部112可以是单一的实现电连接的接口，以此实现将第一子模块电极210通过电连接线经第二接口与主模块检测电路板130电连接。
64.进一步地，如图2、图3所示，电子皮肤主模块100还包括主模块底座 180，主模块底座180设置于主模块检测电路板130的底面，通过固定件固定主模块检测电路板130于主模块壳体150内。其中可在主模块壳体150的内避免设置安装柱，在主模块检测电路板130和主模块底座180上设置安装孔，通过固定件如螺丝将主模块底座180实现对主模块壳体150一侧开口的封装，并将主模块检测电路板130固定与主模块底座180和主模块壳体150内壁面之间，以此实现主模块检测电路板130的固定。
65.进一步地，如图2、图3所示，电子皮肤主模块100还包括主模块固定片 170，主模块固定片170固定于主模块底座180上，在主模块固定片170上还设置有安装部如主模块固定孔171，通过固定件如螺杆穿过主模块固定孔171 将主模块固定片170固定于外部设备如机器人10的机械臂的末端或者其他部位。以此方便将电子皮肤主模块100可拆卸的固定于外
部设备。
66.在本实用新型的一些实施例中，如图10所示，电子皮肤主模块100还包括主模块第三接口部113，主模块第三接口部113连接主模块检测电路板130，以使得主模块检测电路板130连接再一电极，以使得检测电路板检测到再一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。从而使得主模块检测电路板 130可以连接多个电极，以此可以检测更大面积的外界导体接近的区域。
67.本实用新型还提出一种模块化的电子皮肤主模块100，如图1至图4所示，包括电子皮肤主模块100包括主模块电极120、主模块检测电路板130、逻辑控制板140和主模块第一接口部111。其中主模块电极120能够与接近的外界导体构成电容。主模块检测电路板130与主模块电极120电连接，以利用主模块电极120与外界导体之间的电容或其变化检测主模块电极120与外界导体之间的距离或其变化，得到表征主模块电极120与外界导体之间的距离或其变化的电信号。主模块第一接口部111与主模块检测电路板130电连接，以与外部设备传输电信号，并为主模块检测电路板130的工作进行供电。逻辑控制板140与主模块检测电路板130电连接，以根据主模块检测电路板130 输出的电信号进行处理，以输出表征主模块电极120与外界导体接近程度的参数信息。
68.与上一实施例的电子皮肤主模块100方案不同之处在于，增加了逻辑控制板140，逻辑控制板140设置了处理器，根据主模块检测电路板130发送的表征主模块电极120与外界导体之间的距离或其变化的电信号，根据预设的软件进行分析，以判断得出主模块电极120与外界导体接近程度的参数信息，如可以估算出外界导体如人体的手指与主模块电极120之间的距离等级参数或者距离参数等信息。进一步地，通过主模块第一接口部111实现逻辑控制板140与外部设备如机器人10的末端控制板连接时，还可根据这些距离等级参数或者距离参数等信息通过进一步的判断，以此对机器人10输出是否有障碍物的标识信息，在该标识信息置位时，机器人10控制对应的布局如机械臂停止动作，只有该标识信息复位时机器人10才可以继续动作，以此避免对人体造成干涉和伤害。
69.在本实用新型的一些实施例中，电子皮肤主模块100还包括主模块第二接口部112，主模块第二接口部112连接主模块检测电路板130，以使得主模块检测电路板130连接另一电极，以使得主模块检测电路板130检测到另外的电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。在该实施例中，在上一实施例的基础上增加主模块第二接口部112，主模块第二接口部112的一端连接主模块检测电路板130，另一端连接另一电极，另外的电极与前面的主模块电极120可以靠近设置，以此可以检测更大面积的外界导体接近的区域。具体地，第二接口可以是多个，以使得此种方案针对主模块检测电路板130可以连接与不同另外的电极构成的多个振荡电路的形式，如可以连接2至4个振荡电路，每个振荡电路通过不同的第二接口连接不同的另一电极，这些另一电极可以相互靠近设置，从而有效的增加检测的区域。
70.在本实用新型的一些实施例中，电子皮肤主模块100还包括主模块第四接口部114，如图12所示，主模块第四接口部114连接逻辑控制板140，以使得逻辑控制板140连接另外的另一检测电路板，以使得逻辑控制板140获取到另外的检测电流输出的表征另一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。相对上一实施例的主模块第二接口部112，主模块第四接口部114与逻辑控制板140连接而不是连接主模块检测电路板130，以使得逻辑控
制板 140连接至少两个检测电路板，通过实现对多个检测电路板输出的电极与外界导体之间的距离或其变化的多路电信号进行处理和判断。这里的主模块第四接口部114可以是串口通信如基于i2c协议的通信接口或者uart协议的通信接口。如果是为i2c协议的通信接口，则逻辑控制板140通过一路的该通信线可以并联多路的主模块检测电路板130，以此与多路的主模块检测电路板 130进行通信。
71.而主模块第一接口部111和主模块第二接口部112的具体结构与上一实施例方案中的主模块第一接口部111和主模块第二接口部112相同，在此不再赘述。
72.在本实用新型的一些实施例中，如图12所示，电子皮肤主模块100还包括主模块第五接口部115，主模块第五接口部115连接逻辑控制板140，以使得逻辑控制板140连接再一检测电路板，以使得逻辑控制板获取到再一检测电流输出的表征另外电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。从而可以使得逻辑控制板140连接多个检测电路板，使得在实现增大了检测外部导体接近的区域的同时，电子皮肤主模块100的电极和其他的电极可以相对设置较远而不影响电子皮肤的检测精度。从而进一步拓展了其应用场景。
73.在本实用新型的一些实施例中，电子皮肤主模块100还可包括主模块壳体150，并进一步可包括主模块底座180和主模块固定片170，其具体结构与上一实施例中的主模块壳体150和主模块底座180相同，在此不再赘述。
74.本实用新型还提出一种模块化的电子皮肤子模块，如图8至图10所示，第一电子皮肤子模块200包括第一子模块电极210和第一子模块第一接口部 221，其中第一子模块电极210能够与接近的外界导体构成电容，第一子模块第一接口部221的一端与第一子模块电极210电连接，另一端与上述实施例中电子皮肤主模块100的主模块检测电路板130电连接，具体地，这里的第一子模块第一接口部221另一端与上述实施例中的电子皮肤主模块100的主模块第二接口部112连接，再通过主模块第二接口部112连接电子皮肤主模块100的主模块检测电路板130。
75.进一步地，在本实用新型的一些实施例中，如图5所示，第一电子皮肤子模块200还可包括第一子模块壳体240，第一子模块壳体240用于设置第一子模块电极210，第一子模块第一接口部221设置于第一子模块壳体240的壁面，第一子模块电极210设置于第一子模块壳体240的外侧壁面。并进一步可包括第一子模块子底座250和第一子模块固定片，其具体结构与以上实施例中的主模块壳体150和主模块底座180相同，在此不再赘述。
76.在本实用新型的一些实施例中，电子皮肤子模块可以为多个，如图10所示，还包括第二电子皮肤子模块300，与第一电子皮肤子模块200相同，其包括第二子模块电极310和第二子模块第一接口部321，以此使得电子皮肤主模块100的检测电路板除了连接主模块电极120、第一子模块电极210外还连接第二子模块电极310，这些电极可以相互靠近设置，以此可以检测更大面积的外界导体接近的区域。
77.进一步地，第二电子皮肤子模块300还可包括第二子模块壳体340，其结构与第一子模块壳体240，在此不再赘述。
78.本实用新型还提出一种模块化的电子皮肤子模块，如图5至图7以及图 11至图13所示，包括第一子模块电极210、第一子模块检测电路板230和第一子模块第二接口部222，其中第一子模块电极210能够与接近的外界导体构成电容，第一子模块检测电路板230与第一子模块电极210电连接，以利用第一子模块电极210与外界导体之间的电容或其变化检测
第一子模块电极210 与外界导体之间的距离或其变化，得到表征第一子模块电极210与外界导体之间的距离或其变化的电信号。第一子模块第二接口部222的一端连接第一子模块检测电路板230，另一端与上述实施例中电子皮肤主模块100的逻辑控制板140电连接，具体地，这里的第一子模块第二接口部222另一端与上述实施例中的电子皮肤主模块100的主模块第四接口部114连接，再通过主模块第四接口部114连接电子皮肤主模块100的逻辑控制板140。
79.与上一实施例不同之处在于，本实施例增加了第一子模块检测电路板230，且通过第一子模块第二接口部222连接电子皮肤主模块100的逻辑控制板140，以此可以使得第一电子皮肤子模块200相对电子皮肤主模块100设置在相对较远的位置，而在上一实施例中第一电子皮肤子模块200是将其中的电极连接电子皮肤主模块100，如果电极的连接线过长时，会影响到期检测精度。而本实施例中第一电子皮肤子模块200设置了第一子模块检测电路板230，其与电子皮肤主模块100进行连接的是第一子模块检测电路板230的输出电信号线，并对第一电子皮肤子模块200进行供电，从而这两个电子皮肤之间的连接距离可以相对较远而不会影响到电子皮肤的检测精度。因此方便了实际的应用。
80.在本实用新型的一些实施例中，电子皮肤子模块可以为多个，如图12所示，还包括第二电子皮肤子模块300，与第一电子皮肤子模块200相同，其包括第二子模块电极310、第二子模块第一接口部321和第二子模块检测电路板 330，以此使得电子皮肤主模块100的逻辑控制板140除了连接主模块检测电路板130、第一子模块检测电路板230外还连接第二子模块检测电路板330，以此可以检测更大面积的外部导体接近的区域，而且这三个电子皮肤之间的连接距离可以相对较远而不会影响到电子皮肤的检测精度。
81.进一步地，第一电子皮肤子模块200还可包括第一子模块壳体240，第二电子皮肤子模块300还可包括第二子模块壳体340，其结构与上述实施例的壳体相同，在此不再赘述。
82.本实用新型还提出一种电子皮肤系统，电子皮肤系统包含上述实施例中的相互连接的电子皮肤主模块100和第一电子皮肤子模块200，由于上述实施例中主电子皮肤模块和子电子皮肤模块存在不同的架构方案，因此电子皮肤系统也对应存在不同的组合方式。
83.在第一实施例中，如图8所示，电子皮肤系统的电子皮肤主模块100包括主模块电极120、主模块检测电路板130、主模块第一接口部111和主模块第二接口部112，电子皮肤系统的第一电子皮肤子模块200包括第一子模块电极210和第一子模块第一接口部221，其中主模块第一接口部111和外部设备如机器人10的控制板如末端控制板连接，主模块第二接口部112和第一子模块第一接口部221电连接，这里的电连接可以是基于有些或者无线连接，优选为有线连接，以使得主模块检测电路板130连接主模块电极120和第一子模块电极210，电子皮肤主模块100和第一电子皮肤子模块200优选为靠近设置，以使得主模块电极120和第一子模块电极210靠近设置，从而使得电子皮肤系统有效的增大了电极的面积，以此有效的增加检测导体接近的区域。
84.电子皮肤主模块100和第一电子皮肤子模块200进一步可通过壳体安装在机器人10的某一部件如机械臂的末端，机器人10的控制板从主模块第一接口部111获取到主模块电极120或者第一子模块电极210与外界导体之间的距离或其变化的电信号，以此根据这些电信号进行判断，当识别为外界导体如人体与机器人10的距离小于第一预设距离阈值时，则采取主动避让措施如暂停当前的动作或者控制机械臂朝向人体与机器人10移动方向的
反方向运动，以避免与人体干涉并对其造成伤害。
85.针对一些得主模块检测电路板130的电路，其可以同时连接多个电极，因此一个电子皮肤主模块100可以对应连接多个第一电子皮肤子模块200，从而进一步增加检测导体接近的区域。此时主模块第二接口部112可以包含多个相同的子主模块第二接口部，每一个子主模块第二接口部连接一个第一电子皮肤子模块200。
86.在第二实施例中，如图9所示，电子皮肤系统的电子皮肤主模块100包括主模块电极120、主模块检测电路板130、主模块第一接口部111、逻辑控制板140和主模块第二接口部112，电子皮肤系统的第一电子皮肤子模块200 包括第一子模块电极210和第一子模块第一接口部221，其中主模块第一接口部111和外部设备如机器人10的控制板如末端控制板连接，主模块第二接口部112和第一子模块第一接口部221电连接。逻辑控制板140通过主模块第一接口部111与外部设备连接，以外部设备为机器人10为例，可直接对机器人10输出是否有障碍物的标识信息，在该标识信息置位时，机器人10控制对应的布局如机械臂停止动作，只有该标识信息复位时机器人10才可以继续动作，以此避免对人体造成干涉和伤害。第一电子皮肤子模块200的具体结构与第一实施例的电子皮肤系统中的第一电子皮肤子模块200相同，在此不再赘述。
87.在第三实施例中，如图10所示，在上一实施例基础上，电子皮肤主模块 100还增加主模块第三接口部113，以此连接另外的电子皮肤子模块即第二电子皮肤子模块300，以此使得主模块检测电路板130连接三个电极。以此增大了检测外部导体接近的区域。值得说明的时，电子皮肤主模块100还增加主模块还可以增加另外的接口，以此使得主模块检测电路板130连接另外的电子皮肤子模块。在此不再赘述。
88.在第四实施例中，如图11所示，电子皮肤系统的电子皮肤主模块100包括主模块电极120、主模块检测电路板130、主模块第一接口部111、逻辑控制板140和主模块第四接口部114，电子皮肤系统的第一电子皮肤子模块200 包括第一子模块电极210、第一子模块检测电路板230和第一子模块第二接口部222。其中逻辑控制板140通过主模块第一接口部111与外部设备连接，且逻辑控制板140还通过主模块第四接口部114连接第一子模块检测电路板230，具体地主模块第四接口部114的一端连接逻辑控制板140，另一端连接第一子模块第二接口部222，第一子模块第二接口部222再与第一子模块检测电路板 230连接。第一电子皮肤子模块200输出表征第一子模块电极210与外界导体之间的距离或其变化的电信号到逻辑控制板140，逻辑控制板140还接收到主模块检测电路板130输出的主模块电极120与外界导体之间的距离或其变化的电信号，以此跟进这些电信号直接对外部设备如机器人10输出是否有障碍物的标识信息，在该标识信息置位时，机器人10控制对应的布局如机械臂停止动作，只有该标识信息复位时机器人10才可以继续动作，以此避免对人体造成干涉和伤害。相对第二实施例的方案，电子皮肤主模块100和第一电子皮肤子模块200可以相对设置较远而不影响电子皮肤的检测精度。从而进一步拓展了其应用场景。
89.在本实用新型的第四实施例中，主电子皮肤模块的壳体上还设置有复位按键190，复位按键190与逻辑控制板140电连接。如图4和图11所示，其复位按键190与逻辑控制板140电连接，在逻辑控制板140根据电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号，判断出人体与机器人10的距离十分接近或者已经相互接触，如人体与机器人10的距离小于第二预设距离阈值，这里的第二预设距离小于上述实施例中提到的第一预设距离，如第一预设距离可
以设置为为6至10厘米之间的数值，而第二预设距离这位0.5至1毫米之间的数值，因此第二预设距离相对第一预设距离小很多。此时逻辑控制板140 对机器人10输出障碍物的标识信息，以使得机器人10执行避让动作。且此时标识信息的复位必须接收到复位按键190的复位指令才可以执行，也即在人体与机器人10十分接近或者接触的情况下，机器人10在执行避让动作后如果要继续恢复运行，则需要手动的按下复位按键190才能解除避让动作。以此提升机器人10的安全性。
90.在第五实施例中，如图12所示，在上一实施例基础上，电子皮肤主模块 100还增加主模块第五接口部115，以此连接另外的电子皮肤子模块即第二电子皮肤子模块300，以此使得逻辑控制板140连接三个检测电路板。以此增大了检测外部导体接近的区域的同时电子皮肤主模块100和其他电子皮肤子模块可以相对设置较远而不影响电子皮肤的检测精度，从而进一步拓展了其应用场景。值得说明的时，电子皮肤主模块100还增加主模块还可以增加另外的接口，以此使得逻辑控制板140连接另外的电子皮肤子模块。在此不再赘述。
91.值得说明的的时，上述逻辑控制板140连接主模块检测电路板130、第一子模块检测电路板230和第二子模块检测电路板330时，通过选择连接的合适的通讯方式如i2c通信协议，可以使得这些检测电路板的通讯线相互并联后再与逻辑控制板140连接。以此只需要在逻辑控制板140设置一组通讯接口即可，如图11和图12所示，从而节省了通讯接口。
92.在第六实施例中，如图13所示，与第五实施例不同之处在于，第二电子皮肤子模块300不是连接到电子皮肤主模块100，而是通过在第一电子皮肤子模块200上增加第一子模块第三接口部223，连接到第一电子皮肤子模块200，再通过第一电子皮肤子模块200连接到电子皮肤主模块100的逻辑控制板140。由于逻辑控制板140与这些检测电路板之间的通信采用i2c通信方式，因此本质上与第五实施例相同，都采用并联的方式。
93.本实用新型还提出一种机械臂，如图1所示，机械臂设置于机器人3上，机械臂上安装了上述实施例中的电子皮肤系统。电子皮肤系统不同于现有技术中的电子皮肤安装在机械臂的关节臂11或者关节部12的表面，此时电子皮肤与机械臂内部结构结合，电子皮肤系统由于采用模块化的结构，可以方便安装可拆卸的安装在机械臂的其他位置如末端夹爪13上。而现有技术中的电子皮肤的结构不适宜安装在末端，因此本实用新型的机械臂通过电子皮肤系统实现了末端的人体接近的检测，并能对应采取主动避让措施，从增强了机器人10工作的安全性和可靠性。
94.本实用新型还提出一种机器人10，机器人10安装了上述实施例中的电子皮肤系统。其中电子皮肤系统安装与机器人10的工具末端如夹爪13。机器人 10主要由机械臂与之连接的基座14构成，通过安装电子皮肤系统，以此增强了机器人10工作的安全性和可靠性。
95.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
96.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位
或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
97.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
98.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
99.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种电子皮肤主模块，其特征在于，包括：电极，所述电极能够与接近的外界导体构成电容；检测电路板，与所述电极电连接，以利用所述电极与外界导体之间的电容或其变化检测所述电极与外界导体之间的距离或其变化，得到表征所述电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号；主模块第一接口部，与所述检测电路板电连接，以与外部设备传输所述电信号，并为所述检测电路板的工作进行供电。2.根据权利要求1所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括主模块第二接口部，所述主模块第二接口部连接所述检测电路板，以使得检测电路板连接另一电极，以使得所述检测电路板检测到所述另一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。3.根据权利要求2所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括壳体，所述壳体用于容纳所述检测电路板，所述主模块第一接口部和所述主模块第二接口部设置于所述壳体的壁面，所述电极设置于所述壳体的外侧壁面。4.根据权利要求3所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括底座，所述底座设置于所述检测电路板的底面，通过固定件固定所述检测电路板于所述壳体内。5.根据权利要求2所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括主模块第三接口部，所述主模块第三接口部连接所述检测电路板，以使得检测电路板连接再一电极，以使得所述检测电路板检测到所述再一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。6.一种模块化的电子皮肤主模块，其特征在于，包括：电极，所述电极能够与接近的外界导体构成电容；检测电路板，与所述电极电连接，以利用所述电极与外界导体之间的电容或其变化检测所述电极与外界导体之间的距离或其变化，得到表征所述电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号；逻辑控制板，所述逻辑控制板与所述检测电路板电连接，以根据所述检测电路板输出的所述电信号进行处理，以输出表征所述电极与所述外界导体接近程度的参数信息；主模块第一接口部，与所述逻辑控制板电连接，以与外部设备传输所述参数信息，并为所述逻辑控制板和所述检测电路板的工作进行供电。7.根据权利要求6所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括主模块第二接口部，所述主模块第二接口部连接所述检测电路板，以使得检测电路板连接另一电极，以使得所述检测电路板检测到所述另一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。8.根据权利要求7所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括主模块第三接口部，所述主模块第三接口部连接所述检测电路板，以使得检测电路板连接再一电极，以使得所述检测电路板检测到所述再一电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。9.根据权利要求6所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括主
模块第四接口部，所述主模块第四接口部连接所述逻辑控制板，以使得逻辑控制板连接另一检测电路板，以使得所述逻辑控制板获取到所述另一检测电流输出的表征另外电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。10.根据权利要求9所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括主模块第五接口部，所述主模块第五接口部连接所述逻辑控制板，以使得逻辑控制板连接再一检测电路板，以使得所述逻辑控制板获取到所述再一检测电流输出的表征另外电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号。11.根据权利要求6至10任意一项所述的电子皮肤主模块，其特征在于，所述电子皮肤主模块还包括壳体，所述壳体用于容纳所述检测电路板和所述逻辑控制板，所述主模块的接口部设置于所述壳体的壁面，所述电极设置于所述壳体的外侧壁面。12.一种模块化的电子皮肤子模块，其特征在于，包括：电极，所述电极能够与接近的外界导体构成电容；接口部，与所述电极电连接，以使得所述电极与如权利要求2至5、7至8中任意一项所述的电子皮肤主模块的检测电路板电连接。13.根据权利要求12所述的电子皮肤子模块，其特征在于，所述电子皮肤子模块还包括壳体，所述接口部设置于所述壳体的壁面，所述电极设置于所述壳体的外侧壁面。14.一种模块化的电子皮肤子模块，其特征在于，包括：电极，所述电极能够与接近的外界导体构成电容；检测电路板，与所述电极电连接，以利用所述电极与外界导体之间的电容或其变化检测所述电极与外界导体之间的距离或其变化，得到表征所述电极与外界导体之间的距离或其变化的电信号；接口部，与所述检测电路板电连接，以使得所述检测电路板与如权利要求9或10所述的电子皮肤主模块的逻辑控制板电连接。15.根据权利要求14所述的电子皮肤子模块，其特征在于，所述电子皮肤子模块还包括壳体，所述壳体用于容纳所述检测电路板，所述接口部设置于所述壳体的壁面，所述电极设置于所述壳体的外侧壁面。16.一种电子皮肤系统，其特征在于，所述电子皮肤系统包括用于外部设备的相互连接的主电子皮肤模块和子电子皮肤模块，其中所述主电子皮肤为如权利要求2至5、7至8中任意一项所述的电子皮肤主模块，所述子电子皮肤为如权利要求12或13所述的电子皮肤子模块；或者所述主电子皮肤为如权利要求9或10所述的电子皮肤主模块，所述子电子皮肤为如权利要求14或15所述的电子皮肤子模块。17.根据权利要求16所述的电子皮肤系统，其特征在于，所述子电子皮肤模块为多个，都连接到所述主电子皮肤模块。18.根据权利要求16所述的电子皮肤系统，其特征在于，所述外部设备为机器人，所述电子皮肤系统固定于所述机器人的末端。19.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂上安装了如权利要求16至18任意一项所述的电子皮肤系统。20.一种机器人，其特征在于，所述机器人安装了如权利要求16至18任意一项所述的电子皮肤系统，所述电子皮肤系统安装于所述机器人的工具末端。

技术总结
本实用新型涉及一种电子皮肤主模块、子模块、系统、机械臂和机器人，电子皮肤主模块，在构成电子皮肤的基本部件电极和检测电路板的基础上增加主模块接口部，使得通过主模块接口部可以将检测电路板检测到的导体与电极的接近的距离或者距离变化的电信号输出到外部设备如机器人。通过主模块接口部，使得电子皮肤主模块形成模块化的电子皮肤设备，并通过标准化的主模块接口部可方便的与外部设备进行可拆卸式的安装，方便将该电子皮肤设备形成独立的设备安装到外部设备某一位置，使得外部设备具备检测导体接近的功能，并根据导体与外部设备接近的电信号采取主动的避让措施。以此避免外部设备在工作时该位置与导体形成干涉。外部设备在工作时该位置与导体形成干涉。外部设备在工作时该位置与导体形成干涉。


技术研发人员：黄睿 郎需林 刘主福 刘培超 甘海宏 张俊鹏 姚郎贤
受保护的技术使用者：深圳市越疆科技有限公司
技术研发日：2020.12.21
技术公布日：2022/3/8