[發明專利]一種三維力柔性傳感器

有效

• 申請號: 201810387726.3
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108362410B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 許玉云;胡廣宇;趙星;楊記周;潘宏青;孫玉香;曹會彬;何飛;雙豐
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L5/22
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 奚華保

本發明公開了一種三維力柔性傳感器，屬于傳感器技術領域，包括包括柔性基底和微結構，其中柔性基底包括保護夾層、以及放置在保護夾層內且呈陣列式分布的至少三個壓敏單元，壓敏單元的行列之間由導線連接；微結構包括支撐板，支撐板的上表面設有受力凸塊、下表面設有與壓敏單元數量相同的支撐柱，支撐柱與支撐板之間為傾斜安裝，支撐柱的下端面平齊且分別與壓敏單元對應布置。受力時，通過四個支撐柱傳遞至壓敏單元，壓敏單元所受作用力方向為傾斜方向，引起壓敏單元電阻產生變化的只有正壓力。變化的電阻可通過掃描獲得，根據理論推導可求得柔性傳感器單元所受三維力的大小和方向，如此減少維間耦合度，降低解耦難度。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，特別涉及一種三維力柔性傳感器。

背景技術

在精密作業過程中，觸覺是人類和智能機器人環境信息感知的重要組成部分。觸覺包括接觸力、大小、振動、溫度、質感等主要感知形式，反映了周圍環境和作用對象的狀態信息，因而觸覺傳感器成為機器人與外界對象直接作用的必要媒介。特別是柔性多維觸覺傳感器，可彎曲成各種非平面形狀作為機器人的柔性敏感皮膚，在醫療、航天、農業等非結構化環境中具有廣泛應用。

中國專利公開號為CN106017752A公開的柔性多維力傳感器，通過檢測壓力傳感單元受力后電壓的變化值，獲取柔性多維力傳感器表面收到的三維力。但該傳感器結構中的金屬連接件與主體硅膠之間無法緊密貼合，結構不夠優化，精度不夠。

中國專利公開號為CN103954382A公開的一種變介質式電容柔性三維力觸覺傳感器中符合多變介質層受力產生形變，通過測量傳感器中的四個有效電容的變化值來實現對三維力的檢測。該電容傳感器具有一定的柔性，可調節三維力的量程和靈敏度，但是電容值容易受到寄生電容、外界環境噪聲等干擾，三維力檢測結果不準確。

中科院合肥智能機械研究所的孫鑫等研制出的一種三維力柔性觸覺傳感器陣列，行列掃描測量微結構中導電橡膠柱形體的電阻值，通過解耦得出作用在傳感器上的三維力。但是該柔性傳感器結構對解耦算法要求較高，解耦緯度和難度大，降低了解耦效率且精度不高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三維力柔性傳感器，減小維間耦合度，降低解耦難度。

為實現以上目的，本發明采用一種三維力柔性傳感器，包括柔性基底和微結構，其中柔性基底包括保護夾層、以及放置在保護夾層內且呈陣列式分布的至少三個壓敏單元，壓敏單元的行列之間由導線連接；微結構包括支撐板，支撐板的上表面設有受力凸塊、下表面設有與壓敏單元數量相同的支撐柱，支撐柱與支撐板之間為傾斜安裝，支撐柱的下端面平齊且分別與壓敏單元對應布置。

優選地，所述支撐柱的柱身均沿所述支撐板板面向外傾斜，且每個支撐柱柱身與所述支撐板板面之間傾斜的角度相同。

優選地，所述與壓敏單元數量相同的支撐柱呈中心對稱。

優選地，所述的支撐柱為四棱柱。

優選地，所述受力凸塊為弧形凸塊。

優選地，所述至少三個壓敏單元呈三角形、矩形矩陣或環形矩陣分布，各壓敏單元的行列之間通過與壓敏單元相同陣列分布的導線連接。

優選地，所述保護夾層包括上薄膜和下薄膜，所述壓敏單元布置在上薄膜和下薄膜之間。

優選地，所述壓敏單元由具有壓阻效應的柔性應變材料制備。

優選地，所述上薄膜和下薄膜的材質為PET或PVC或硅橡膠，且厚度均為5μm～50μm。

優選地，所述微結構的總高度為0.1mm～1mm、總邊長為0.5mm～5mm，且微結構采用橡膠材料制備。