[發明專利]一種基于超級電容感知原理的柔性觸覺手套及其制備方法

在審

• 申請號: 201910876138.0
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110531863A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 劉吉曉;王曼菲;劉闊;郭士杰;王彩云;王志鵬;尹臨春;毛正宇
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 12210 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 付長杰;張國榮<國際申請>=<國際公布>

1.一種基于超級電容感知原理的柔性觸覺手套，其特征在于，包括手套本體和設置在手套本體手掌和各手指指腹位置的柔性傳感器層；柔性傳感器層包括上電極層、下電極層及放置在上下電極層之間的離子纖維層，離子纖維層的上下表面分別緊貼上電極層的下表面、下電極層的上表面，上電極層、下電極層和離子纖維層三者的邊緣固定在一起；

所述上電極層的手掌和大拇指上分別設有A條、B條帶狀平行的縱向電極，其中手掌分別與食指、中指、無名指和小指交叉位置的a條縱向電極分別向相應手指的指尖延伸，A條平行縱向電極在上電極層朝向手腕部分引出第一電路連接端，B條平行縱向電極在上電極層引出第二電路連接端，A、B和a均為正整數；所述下電極層的手掌上設有N條帶狀平行的橫向電極，其中手掌與大拇指交叉位置的n條平行的橫向電極向大拇指的指尖延伸；下電極層的食指、中指、無名指和小指上分別設有M條與下電極層手掌位置的橫向電極平行的橫向電極，四個手指上的M條橫向電極一一對應電連接，手指上的橫向電極的連接線之間不交錯；N條平行電極在下電極層上引出第三電路連接端，四個手指上的M條橫向電極在下電極層上引出第四電路連接端，N、M和n為正整數；這樣上電極層和下電極層上的電極在空間中垂直相交，每個交叉部分則構成一個電容單元，每一個電容單元構成一個小的傳感器單元，即該柔性傳感器層的手掌和大拇指分別具有N*A、n*B個陣列電容單元，食指、中指、無名指和小指上均具有M*a個陣列電容單元；上述四個電路連接端分別連接與相應連接端寬度相同的軟排線，每個軟排線用Z軸導通的雙面膠重合貼與相應的電路連接端固定。

2.根據權利要求1所述的觸覺手套，其特征在于，所述上電極層的手掌設有17條縱向平行的電極，其中食指、中指、無名指和小指上均設有條，大拇指上設有11條縱向平行的電極；下電極層的手掌設有15條橫向平行的電極，其中大拇指上設有3條；食指、中指、無名指和小指上均設有15條橫向平行的電極，即該柔性傳感器層的手掌和大拇指分別具有255、33個陣列傳感器單元，食指、中指、無名指和小指上均具有45個陣列傳感器單元。

3.一種基于超級電容感知原理的柔性觸覺手套的制備方法，其特征在于，該方法的步驟是：

S1.柔性傳感器層的制備

柔性傳感器層包括垂直相對上、下電極層和中間的離子纖維層，制備過程為：

1)上、下電極層的制作：分別訂做上、下電極圖案的絲印網版，采用絲網印刷的方式制作上、下電極層；

2)離子纖維層的制備：采用高聚物柔性纖維浸泡離子凝膠液體的方法制備離子纖維層；

3)柔性傳感器層的封裝：訂做上、下電極間隙圖案的網版，用絲網印刷的方式將不干膠印刷到各電極層的每兩條電極的間隙上，然后將上、下電極層的電極相互垂直放置，分別貼于離子纖維層的兩面，使上電極層的電極、下電極層的手掌和大拇指部分的電極與離子纖維完全接觸，下電極層的食指、中指、無名指和小指部分的電極的中部與離子纖維接觸但各手指兩端不與離子纖維接觸，完成柔性傳感器層的封裝；

S2.柔性傳感器層與手套本體的封裝

將封裝好的柔性傳感器層沿手套本體的外輪廓裁剪并將柔性傳感器層的食指、中指、無名指和小指剪開，注意不要破壞電極；再將裁剪后的柔性傳感器層和手套本體通過雙面膠貼到一起，要注意兩者手部位置的對應；

S3.柔性傳感器層手指部分的連接

將柔性傳感器層的下電極層的食指、中指、無名指和小指部分的電極采用連接導線或導電膠帶一一對應連接，連接導線或導電膠帶的長度以不影響手指運動為準，完成柔性傳感器層手指部分的連接；

S4.柔性傳感器層接線

柔性傳感器層上、下電極層共有4個電極的電路連接端，將與相應電路連接端寬度相同的軟排線用Z軸導通的雙面膠重合貼與電極接線端固定在一起，即可直接接到電路中使用。