[發(fā)明專利]一種柔性三維接觸力矩陣傳感裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310604102.X
• 申請(qǐng)日: 2013-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN103575432A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白殿春;楊俊友;溫明亮;胡俊;孫柏青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18
• 代理公司: 沈陽(yáng)智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周智博

技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于壓力分布檢測(cè)的接觸力傳感器。

背景技術(shù)：壓力分布檢測(cè)可廣泛的應(yīng)用于汽車座椅舒適度分析，足部對(duì)地面壓力分析，患者行走時(shí)的支撐力分析等領(lǐng)域。可在汽車及康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域利用分析的數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)座椅形狀，預(yù)測(cè)患者行走狀態(tài)，改進(jìn)患者康復(fù)訓(xùn)練策略。已有的國(guó)內(nèi)200810018554.9公開了基于導(dǎo)電橡膠的柔性接觸力矩陣傳感器。導(dǎo)電橡膠材料是將炭黑、金屬粉末等導(dǎo)電物質(zhì)摻雜到橡膠中，外力變化改變分散在橡膠中導(dǎo)電粒子的密度從而改變電阻。其電阻變化呈非線性趨勢(shì)，且在外力的影響下變化幅度較大，通常應(yīng)用于開關(guān)量檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提出一種柔性三維接觸力矩陣傳感裝置，其目的是解決以往的方式所存在的線性度差和可靠性低的問題。

技術(shù)方案：

一種三維接觸力矩陣傳感裝置，其特征在于：該裝置主要由上層柔性PCB連接板，下層PCB連接板，x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置構(gòu)成；柔性PCB連接板位于裝置的上端，工作時(shí)與外部施加力物體接觸，下層PCB連接板設(shè)置在裝置的下端，x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置設(shè)置在上層柔性PCB連接板與下層PCB連接板之間，x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置均為兩塊面狀結(jié)構(gòu)搭接在一起的人字形屋脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置的頂端均通過公共導(dǎo)線與上層柔性PCB連接板連接，x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置的底端通過導(dǎo)電粘合劑固定在下層PCB連接板上；x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置之間排列方向?yàn)橄嗷ゴ怪钡恼徊贾茫辉趚方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置的內(nèi)側(cè)貼有ITO薄膜；x方向柔性導(dǎo)向裝置與其內(nèi)側(cè)的ITO薄膜組成x方向柔性測(cè)力單元,y方向柔性導(dǎo)向裝置與其內(nèi)側(cè)的ITO薄膜組成y方向柔性測(cè)力單元。

多個(gè)x方向柔性測(cè)力單元排列在同一直線上組成x軸線測(cè)力部分，多個(gè)y方向柔性測(cè)力單元也排列在同一直線上y軸線測(cè)力部分，并且x軸線測(cè)力部分與y軸線測(cè)力部分正交排列，組成矩陣式測(cè)力結(jié)構(gòu)，在該矩陣式測(cè)力結(jié)構(gòu)中，x方向柔性測(cè)力單元與y方向柔性測(cè)力單元交替設(shè)置。

x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置由硅膠制備，ITO薄膜通過普通粘合劑固定在x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置上。

所有在同一直線上的x方向柔性測(cè)力單元和y方向柔性測(cè)力單元的頂端通過上層柔性PCB連接板連接在一起，并與后端信號(hào)調(diào)理單元連接。

x方向柔性導(dǎo)向裝置和y方向柔性導(dǎo)向裝置與下層PCB連接板之間的接觸點(diǎn)與后端調(diào)理單元連接。

公共導(dǎo)線為去絕緣皮銅線，公共導(dǎo)線與ITO薄膜連接。

在ITO薄膜的頂端開有V型口。

ITO薄膜的頂端形成兩個(gè)接觸點(diǎn)，兩個(gè)接觸點(diǎn)位于V型口兩側(cè)，兩個(gè)接觸點(diǎn)通過公共導(dǎo)線與上層柔性PCB連接板連接。

上端左側(cè)公共點(diǎn)，上端右側(cè)公共點(diǎn)與相鄰的ITO薄膜等效電阻組成一個(gè)測(cè)垂直于水平y(tǒng)方向測(cè)力單元及水平x方向測(cè)力單元；每?jī)蓚€(gè)底端接觸點(diǎn)與相鄰的ITO薄膜等效電阻組成一個(gè)垂直方向測(cè)力單元。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1，本發(fā)明采用基于硅膠材料的柔性基板作為壓力形變的材料，在槽的內(nèi)部貼ITO薄膜。壓力的變化引起ITO薄膜接觸面的變化。此種方式可使得壓力與傳感器電阻的變化更趨于線性化，方便調(diào)理電路設(shè)計(jì)。

2，本發(fā)明中柔性支持材料、ITO導(dǎo)電薄膜和柔性電路板均為彈性材料，允許按實(shí)際需求彎曲，其結(jié)構(gòu)可以按照不同曲面彎曲檢測(cè)不同曲面的三維接觸力。

3，本發(fā)明接觸力檢測(cè)通過若干個(gè)接觸力檢測(cè)單元組成，方便裁剪成不同面積的接觸力傳感器。

4，本發(fā)明每個(gè)接觸力檢測(cè)單元都可以實(shí)現(xiàn)三維接觸力解耦。即使是對(duì)針對(duì)曲面檢測(cè)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面切向方向的接觸力檢測(cè)。

5，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)槽形狀，硅膠材料固化劑摻雜比例及薄膜切割V槽（14）角度，獲得不同柔性基板受力形變量，適應(yīng)性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的傳感器三維結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明的傳感器Y方向分解前視圖

圖3電阻網(wǎng)絡(luò)等效電阻俯視示意圖

圖4電阻網(wǎng)絡(luò)等效電阻側(cè)視示意圖

圖5傳感器受到壓力變化示意圖

圖6ITO薄膜形狀與導(dǎo)線位置示意圖

圖7柔性導(dǎo)向裝置模具三維示意圖

具體實(shí)施方式