本發明涉及機器人傳感，尤其是指一種集成多模態觸覺感知靈巧手指和機器人。
背景技術：
1、觸覺感知是機器人靈巧手實現自主操作和復雜抓取任務的核心功能。靈巧手作為多手指、多自由度的末端執行器，其對觸覺感知的需求隨著機器人技術的發展而不斷增加。觸覺傳感器作為靈巧手與目標物體之間的直接交互媒介，能夠提供接觸位置的材料種類、壓力、溫度等關鍵信息，為多指協調操作奠定基礎。在工業裝配、醫療輔助和人機交互等領域，精確的觸覺感知對靈巧手的精細化操作具有重要意義。
2、然而，現有觸覺傳感器技術在機器人靈巧手指的應用中存在諸多不足。傳統傳感器往往局限于單一或少數模態，僅能檢測力或溫度等單一參數，例如基于應變片或電容原理的力傳感器能夠檢測接觸力的大小，而基于熱敏電阻的溫度傳感器可感知溫度變化。這些傳感器無法同時檢測三維力、溫度、材料種類、粗糙度或滑移狀態等多參數信息，難以滿足機器人在動態、多變環境下的復雜感知需求。此外，現有傳感器多采用表面貼裝方式，這種方式不僅易受外界因素（如磨損、濕度、灰塵等）的干擾，導致重復性與可靠性較低，還因需要外置信號處理電路而增加了系統的體積和復雜度。長信號路徑容易引發噪聲和串擾，進一步降低了感知精度，限制了手指的運動靈活性和緊湊型設計的實現。
3、雖然相關研究嘗試通過增加傳感器數量或優化布局來提升感知能力，但這些方法仍未解決多模態感知和一體化集成的問題。
技術實現思路
1、為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中觸覺傳感器功能單一、感知范圍狹窄、集成方式局限、感知可靠性低。
2、第一方面，為解決上述技術問題，本發明提供了集成多模態觸覺感知靈巧手指，包括：
3、柔性印刷電路，包括惠斯通電橋電路、開關芯片、微控制器、剛性傳感單元和柔性摩擦電傳感單元電極；所述剛性傳感單元包括傳感芯片；所述惠斯通電橋電路與所述開關芯片連接，所述開關芯片與所述微控制器連接；所述微控制器分別與所述傳感芯片、所述柔性摩擦電傳感單元電極連接；
4、靈巧手指外殼，包括第一外殼和第二外殼；所述第一外殼和所述第二外殼連接形成容納腔，所述柔性印刷電路內置在所述容納腔中；所述第一外殼上設有第一缺口，所述第二外殼上設有第二缺口，所述第一缺口和所述第二缺口形成開口；
5、柔性摩擦電傳感單元摩擦層，設置在所述第一外殼和第二外殼外表面；所述柔性摩擦電傳感單元摩擦層通過所述開口與所述剛性傳感單元、所述柔性摩擦電傳感單元電極連接。
6、在本發明的一個實施例中，所述剛性傳感單元還包括柔性力傳遞層和封裝殼；所述柔性力傳遞層面向所述封裝殼一側設有柔性力傳遞圓柱，所述封裝殼面向所述柔性力傳遞層的表面設有中心通孔，所述柔性力傳遞圓柱穿過所述中心通孔與所述傳感芯片接合。
7、在本發明的一個實施例中，所述封裝殼遠離所述柔性力傳遞層的一側無底且與柔性印刷電路板連接形成空腔，所述傳感芯片設置于所述空腔中。
8、在本發明的一個實施例中，所述柔性力傳遞層與所述柔性摩擦電傳感單元摩擦層連接。
9、在本發明的一個實施例中，所述傳感芯片包括溫敏電阻條、多個壓敏電阻條、多個直橋型薄膜和多個芯片電極；所述壓敏電阻條設置于所述直橋型薄膜上方。
10、在本發明的一個實施例中，所述惠斯通電橋電路，包括多個去耦電容、第一運算放大器和第二運算放大器；所述第一運算放大器與所述第二運算放大器連接；所述第二運算放大器與至少一個所述去耦電容連接。
11、在本發明的一個實施例中，所述柔性印刷電路還包括外部通訊接口，所述外部通訊接口一端與所述微控制器連接；所述外部通訊接口設置于所述靈巧手指外殼外部。
12、在本發明的一個實施例中，所述靈巧手指外殼一端設有連接座，用于銷軸安裝。
13、在本發明的一個實施例中，所述柔性摩擦電傳感單元摩擦層的材料為高電負性聚四氟乙烯粉末與聚二甲基硅氧烷溶液的復合材料。
14、第二方面，為解決上述技術問題，本發明提供了一種機器人，包括上述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指。
15、本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下有益效果：
16、（1）本發明所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指和機器人，通過融合剛性傳感單元與柔性摩擦電傳感單元，實現了對溫度、壓力、摩擦電荷等多種物理量的精確檢測，擴展了應用范圍并提升了操作的靈活性。這種剛柔耦合的設計有效克服了傳統柔性力傳感器在一致性和穩定性方面的不足。同時，手指表面的柔性摩擦電傳感單元能夠超越剛性傳感器的限制，實現對多種觸覺模態的精準識別。
17、（2）本發明將傳感芯片與柔性摩擦電傳感單元的摩擦層和電極的集成設計，不僅使傳感器結構更加緊湊，而且確保了高度的靈敏度和準確性。此外，柔性印刷電路板的設計集成了開關芯片、微控制器和惠斯通電橋電路，這些關鍵組件的相互連接提供了強大的信號處理能力。微控制器與多個傳感芯片及柔性摩擦電傳感單元電極的連接，確保了信號的精確采集、放大和轉換。
18、（3）本發明傳感芯片和柔性摩擦電傳感單元電極均集成在柔性印刷電路板中，這樣的模塊化設計不僅便于系統的升級，也消除外置電路。柔性摩擦電傳感單元的摩擦層位于靈巧手指外殼的外表面，這種布局優化了傳感器與外部環境的互動能力。第一外殼和第二外殼共同形成的容納腔為柔性印刷電路板提供了內置空間，這種設計節省了外部空間，便于整體結構的集成。
1.一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，所述剛性傳感單元還包括柔性力傳遞層和封裝殼；所述柔性力傳遞層面向所述封裝殼一側設有柔性力傳遞圓柱，所述封裝殼面向所述柔性力傳遞層的表面設有中心通孔，所述柔性力傳遞圓柱穿過所述中心通孔與所述傳感芯片接合。
3.根據權利要求2所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，所述封裝殼遠離所述柔性力傳遞層的一側無底且與柔性印刷電路板連接形成空腔，所述傳感芯片設置于所述空腔中。
4.根據權利要求2所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，所述柔性力傳遞層與所述柔性摩擦電傳感單元摩擦層連接。
5.根據權利要求1所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，所述傳感芯片包括溫敏電阻條、多個壓敏電阻條、多個直橋型薄膜和多個芯片電極；所述壓敏電阻條設置于所述直橋型薄膜上方。
6.根據權利要求1所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，所述惠斯通電橋電路，包括多個去耦電容、第一運算放大器和第二運算放大器；所述第一運算放大器與所述第二運算放大器連接；所述第二運算放大器與至少一個所述去耦電容連接。
7.根據權利要求1所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，所述柔性印刷電路還包括外部通訊接口，所述外部通訊接口一端與所述微控制器連接；所述外部通訊接口設置于所述靈巧手指外殼外部。
8.根據權利要求1所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，所述靈巧手指外殼一端設有連接座，用于銷軸安裝。
9.根據權利要求1所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指，其特征在于，所述柔性摩擦電傳感單元摩擦層的材料為高電負性聚四氟乙烯粉末與聚二甲基硅氧烷溶液的復合材料。
10.一種機器人，其特征在于，包括權利要求1至9任一所述的一種集成多模態觸覺感知靈巧手指。