[發明專利]硅膠仿生指尖觸-壓覺敏感器件

有效

• 申請號: 201810115212.2
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108461624B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 蘇春建;楊洪錫;程然;李勇;于洋;董藝璇;趙澤軒;郭廣鑫;張磊;殷文英;王清
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H01L41/053
• 分類號: H01L41/053;H01L45/00;B06B1/14
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 韓孟霞

本發明公開了一種硅膠仿生指尖觸?壓覺敏感器件，包括自上而下依次設置的硅膠上基底、敏感陣列機構、感應電極機構和硅膠下基底；硅膠上基底的表面上設置有若干個應力感應突起，敏感陣列機構包括自上而下依次設置的上傳感單元、上電極陣列、多個壓力敏感片、絕緣襯底、下傳感單元和下電極陣列，感應電極機構包括自上而下依次設置的上感應電極、彈性層和下感應電極，上感應電極耦合在所述下電極陣列的下表面，下感應電極耦合在所述硅膠下基底的上表面。本發明通過仿生人體指尖結構，不僅可以實現小量程的觸覺敏感感知，也能夠實現大量程的壓覺敏感感知，大大提高了仿生敏感器件對外界敏感感知測量的精度。

技術領域

本發明屬于仿生敏感感知技術領域，尤其涉及一種可應用于醫用仿生機器人手指、人工智能等領域的硅膠仿生指尖觸-壓覺敏感器件。

背景技術

觸-壓覺是指皮膚受機械刺激時產生的感覺。物體與皮膚接觸，輕微不引起皮膚變形的刺激所產生的感覺為觸覺，引起皮膚變形而產生的感覺為壓覺。其中，表皮中有感受輕微刺激的邁克爾盤，真皮中有負責觸覺的邁斯納小體、觸覺小體和魯菲尼小體，皮下組織中有負責壓覺的帕西尼小體。

仿生指尖觸-壓覺敏感器件在人工智能、人機交互中占據著越來越重要的地位，仿生指尖觸-壓覺敏感器件的作用，就是模擬皮膚的觸-壓覺神經感知系統，感知與外界環境接觸的作用點及接觸力大小，從而為人工智能提供路徑規劃、接觸力控制等信息。

目前國內外對觸-壓覺敏感器件的研究，主要有金屬應變片、半導體壓阻、微機械等壓力敏感器件類型。由于觸-壓覺敏感感知是仿生機器人觸-壓目標物的感覺，但是這些敏感器件的材料都是剛性材料，具有非線性，輸出信號微弱，抗干擾能力較差，因此信號線需要采取屏蔽措施，只能測量一點或應變柵范圍內的平均應變，不能顯示應力場中應力梯度的變化，不能用于過高溫度場合下的測量等缺陷。

由此可見，現有技術有待于進一步的改進和提高。

發明內容

本發明為避免上述現有技術存在的不足之處，提供了一種全柔性、靈敏度高、性能穩定、重量輕、成本低、可操作性強、可應用于醫用仿生機器人手指、人工智能等領域的硅膠仿生指尖觸-壓覺敏感器件。

本發明所采用的技術方案為：

硅膠仿生指尖觸-壓覺敏感器件，包括自上而下依次設置的硅膠上基底、敏感陣列機構、感應電極機構和硅膠下基底；所述硅膠上基底的表面上設置有若干個應力感應突起，應力感應突起用于感應外界力并將感應到的外界力傳送至所述敏感陣列機構和感應電極機構；所述敏感陣列機構包括自上而下依次設置的上傳感單元、上電極陣列、多個壓力敏感片、絕緣襯底、下傳感單元和下電極陣列，絕緣襯底上開設有若干個用于安裝所述壓力敏感片的通孔，各壓力敏感片分別安裝在與其位置相對的通孔內，上、下電極陣列的電極面均與所述壓力敏感片相接觸；所述感應電極機構包括自上而下依次設置的上感應電極、彈性層和下感應電極，上感應電極耦合在所述下電極陣列的下表面，下感應電極耦合在所述硅膠下基底的上表面。

所述硅膠上基底呈扁半球狀。

所述上電極陣列的電極材料為經過光刻腐蝕后的ITO電極，且上電極陣列的電極按行陣列均勻排布，每行電極都是串聯的；所述下電極陣列的電極材料為經過光刻腐蝕后的ITO電極，且下電極陣列的電極按列陣列均勻排布，每列電極都是串聯的；所述上電極陣列的電極的行陣列與下電極陣列的電極的列陣列呈90°角放置。

所述硅膠仿生指尖觸-壓覺敏感器件還包括上銅帶和上導線，上、下電極陣列均與上銅帶和上導線相連，上銅帶和上導線將上、下電極陣列引出，作為敏感信號傳輸端。

各所述壓力敏感片均呈圓形，各壓力敏感片的厚度小于通孔的厚度；所述壓力敏感片由納米炭黑、納米二氧化硅、正己烷、硅膠按照質量比0.5:1:40:20制成。