[發明專利]一種大幅面力/位觸覺傳感器

在審

• 申請號: 201811328677.2
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109357609A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 吳海彬;黃書亨;林政康;張友志;王浩淼
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01B7/00
• 分類號: G01B7/00;G01L1/18
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種大幅面力/位觸覺傳感器，包括從上到下依次設置上勻強電場層、壓阻薄膜層和下勻強電場層；所述上勻強電場層、壓阻薄膜層和下勻強電場層的外緣壓合封閉；所述上勻強電場層與壓阻薄膜層之間以及壓阻薄膜層與下勻強電場層之間均設置有夾氣層。本發明采用非陣列式柔性結構，通過兩組激勵電極組分時復用，大大縮減處理周期，能有效檢測受壓位置坐標和壓力大小。

技術領域

本發明涉及傳感器領域，具體涉及一種大幅面力/位觸覺傳感器。

背景技術

觸覺感知是智能機器人獲取未知環境信息，防止對周圍人類或物體造成不必要的損害，從而實現安全物理人機交互的重要方式。近年來，隨著新材料和微電子技術的發展以及對觸覺傳感技術的一系列研究工作，國內外科研團隊均取得不小的突破，在傳感器的柔韌性方面有了很大進展，并由小面積逐步擴展到大面積的觸覺檢測。

專利（CN103267597）發明了一種基于壓阻材料的電阻率成像柔性壓力傳感器。該傳感器利用壓敏導電橡膠作為壓力檢測墊，并在其周圍均勻分布激勵電極。通過檢測系統向其中一對電極注入激勵電流，從剩余電極上分別采集響應電壓信號。當檢測墊受到一定壓力時，會引起導電橡膠內部電阻率發生變化，從而電極上所采集到的電壓也發生改變，根據電阻抗成像技術就能得到所受壓力大小和分布。雖然傳感器結構、工藝簡單，成本較低，但是每一個檢測周期所需要采集的數據量多，計算量大，且電阻抗成像的算法相對復雜，對檢測系統的要求較高。

專利（CN105067161）發明了一種勻強電場型的機器人觸覺傳感器。該傳感器通過對上、下柔性層導電面的兩組平行線狀電極分時施加直流偏置電壓，從而產生X和Y方向勻強電場。根據勻強電場中電勢值沿電場方向等梯度分布，可求得按壓點的相對位置。專利（CN105136344）發明了一種非勻強型的機器人觸覺傳感器。該傳感器通過對下柔性層導電面的兩組對角點電極分時施加直流偏置電壓，從而產生A和B方向非勻強電場，根據修正后的點電荷電場分布公式，可求得按壓點的相對位置。上述兩發明均基于電場的原理實現了對接觸位置的檢測，但缺少對壓力大小的檢測，且導電層間設有網狀隔層，以致于存在檢測盲區。另外，由于兩種傳感器都采用直流偏置電壓作為激勵源，其精度易受到外界溫度影響。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種大幅面力/位觸覺傳感器，能夠大大縮減處理周期，能有效檢測受壓位置坐標和壓力大小。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種大幅面力/位觸覺傳感器，包括從上到下依次設置上勻強電場層、壓阻薄膜層和下勻強電場層；所述上勻強電場層、壓阻薄膜層和下勻強電場層的外緣壓合封閉；所述上勻強電場層與壓阻薄膜層之間以及壓阻薄膜層與下勻強電場層之間均設置有夾氣層。

進一步地，所述上勻強電場層和下勻強電場層均由絕緣襯底層、ITO膜和導電線組成，所述ITO膜均勻分布于所述絕緣襯底層一側；所述導電線分布于ITO膜兩端，并與ITO膜電接觸。

進一步地，所述上勻強電場層的導電線上設置激勵電極組X。

進一步地，所述下勻強電場層的導電線上設置激勵電極組Y。

進一步地，所述夾氣層在傳感器未受壓情況下，可以使得上、下勻強電場層與壓阻薄膜層分離，且不影響檢測的連續性。

進一步地，所述上勻強電場層、壓阻薄膜層和下勻強電場層均為柔性和膜片狀薄層。

進一步地，所述上勻強電場層、壓阻薄膜層和下勻強電場層具有相同的輪廓形狀。

進一步地，所述導電線的電導率大于ITO膜電導率×100。

進一步地，所述導電線通過絲網印刷的方式直接印刷在ITO膜上，使二者緊密粘合。

進一步地，所述壓阻薄膜層是以絕緣的高分子聚合物為基體，摻入炭黑粒子制成。