[發明專利]柔性觸覺傳感裝置、系統及其制造方法

有效

• 申請號: 201811324873.2
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109269694B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 馮雪;梁紫微;趙倩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

1.一種柔性觸覺傳感裝置，其特征在于，所述裝置包括多個柔性傳感組件和柔性基底，

所述柔性基底上設置有柔性紋路凸起，柔性傳感組件包括依次連接的第一固定部、第一應變部、連接部、第二應變部和第二固定部，

其中，每個柔性傳感組件按照排布規則匹配安裝在所述柔性紋路凸起的對應位置上，且每個柔性傳感組件至少部分地嵌入柔性紋路凸起中，所述第一固定部和所述第二固定部固定在所述柔性基底上，所述第一應變部和所述第二應變部分別位于所述柔性紋路凸起的兩側、且所述第一應變部和所述第二應變部的位置相互對應，所述連接部位于所述柔性紋路凸起的頂部，

其中，所述連接部與所述第一應變部之間成第一固定角度，所述連接部與所述第二應變部之間成第二固定角度，

其中，所述多個柔性傳感組件之間存在特定的角度或相鄰的柔性傳感組件之間間隔固定距離的柔性紋路凸起，所述多個柔性傳感組件對應不同的受力方向。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一固定部、所述第一應變部、所述第二應變部和所述第二固定部，包括第一柔性襯底層、金屬層和第二柔性襯底層，所述連接部包括第一柔性襯底層和第二柔性襯底層，

其中，所述第一應變部和所述第二應變部中的金屬層分別構成第一應變片和第二應變片，所述第一固定部和所述第二固定部中的金屬層分別構成第一電極和第二電極，所述第一電極與所述第一應變片連接，所述第二電極與所述第二應變片連接，

其中，所述第一應變片和所述第二應變片的阻值能夠隨所述柔性紋路凸起所受到的力的大小而改變。

3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一固定部、所述第一應變部、所述第二應變部和所述第二固定部，還包括：

輔助金屬層，位于所述第一柔性襯底層和所述金屬層之間，或者位于所述第二柔性襯底層和所述金屬層之間。

4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括：

應變檢測組件，與所述第一電極和所述第二電極連接，監測所述多個柔性傳感組件上的第一應變片和第二應變片的阻值變化，并根據所述阻值變化確定所述裝置的受力大小和/或受力方向。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述柔性紋路凸起在所述柔性基底所在的平面上的投影形狀包括以下任意形狀：螺旋狀、共圓心的多個圓環、共焦點的多個橢圓環、共焦點的多個雙曲線、共中心的多個多邊形環，

所述柔性紋路凸起的截面形狀包括以下任意形狀：方形、梯形、半圓形、半橢圓形。

6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述柔性紋路凸起的截面高度為0.1mm～0.5mm，所述柔性紋路凸起的截面寬度為0.1mm～1mm，相鄰兩個柔性紋路凸起之間的距離為0.1mm～2mm，所述柔性基底的厚度為0.2mm～0.4mm。

7.一種柔性觸覺傳感裝置的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

在柔性基底的相互垂直的兩個方向上對所述柔性基底進行預拉伸，獲得預拉伸后的柔性基底；

根據預設的投影形狀和排布規則，將平面結構的多個柔性傳感組件放置在所述預拉伸后的柔性基底的對應位置上，并將柔性傳感組件的第一固定部和第二固定部固定在所述預拉伸后的柔性基底上，所述柔性傳感組件包括依次連接的第一固定部、第一應變部、連接部、第二應變部和第二固定部；

釋放所述預拉伸后的柔性基底的預應變，使得多個柔性傳感組件由平面結構轉變為三維空間結構、且匹配安裝在釋放預應變后的柔性基底上；

對所述釋放預應變后的柔性基底進行澆筑，形成與所述投影形狀相對應的柔性紋路凸起，得到柔性觸覺傳感裝置，

其中，在所述柔性觸覺傳感裝置中，柔性傳感組件至少部分地嵌入到柔性紋路凸起中，所述第一應變部和所述第二應變部位于所述柔性紋路凸起的兩側、且所述第一應變部和所述第二應變部的位置相互對應，所述連接部位于所述柔性紋路凸起的頂部，

所述連接部與所述第一應變部之間成第一固定角度，所述連接部與所述第二應變部之間成第二固定角度。