[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>

本發明公開了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，該觸覺手套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。該觸覺手套整個手掌面均覆蓋有陣列式的傳感器單元，傳感器單元的分布密度較高，可以精確感知觸覺手套整個手掌和手指的壓力分布。

技術領域

本發明涉及柔性電子技術領域，具體涉及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，可用于人機交互的壓力觸覺感知。

背景技術

人類可以毫不費力地通過施加精確的控制力來操縱物體和工具，因為人有精確的觸覺感知以及完善的觸覺反饋系統，人體皮膚作為人體最大的器官，它是由一個集成的、可伸縮的、可將關于觸覺和熱刺激的信號傳遞給大腦的傳感器網絡組成，人的觸覺可以感知持續的壓力、橫向皮膚拉伸和皮膚滑動等外界刺激，所以可以輕易實現手指位置、穩定抓取、切向力和運動方向等感覺功能。但是人體刺激感知單元的極度復雜性在很大程度上阻礙了人體皮膚功能的仿生研究，對現代機器人研究也是一項具有挑戰性的任務。在機器人的應用中，基于計算機視覺的機器人抓取已經較為成熟，但目前對人體抓取物體時所依賴的觸覺信息的研究很少，而研究人體抓握物體的觸覺機制將是對視覺機器人的補充。精確的觸覺感知及反饋可以讓機器人更好的感知，未來的機器人將需要這些反饋來完成一些對人類來說微不足道的任務，比如拿著一個玻璃杯或在鎖里插入一把鑰匙。

近年來，關于人與機器人之間觸覺交互的研究已經有了一定的成果，公布號為CN105242788A的專利公開了一種基于彎曲傳感器的無線數據手套電路布線及傳感器配置方法，根據手指的彎曲程度不同產生阻值的變化信號傳送至微處理器處理后發送到無線傳輸模塊，由無線傳輸模塊通過無線接收模塊發送到PC設備，該發明兼具實用性和經濟性，但其僅限于對彎曲的測量，不能滿足對觸覺的要求。

Boutry.C.M[1]等提出了一種采用電子皮膚制作的手套，模擬人體皮膚表皮和真皮，并且提出了具有互鎖微觀結構的仿生電子皮膚概念，由一組電容器即碳納米管(CNT)的頂部和底部電極嵌入彼此垂直定位的聚氨酯(PU)基體中形成，用于制作大面積的傳感器時工藝復雜，只是將傳感器貼到兩個手套的指尖進行實驗，并未考慮手掌和指尖關于觸覺感知的分布設計，且其結構較為復雜，加工也復雜。

柔性觸覺手套可以運用在很多場合，如需要精密靈活控制的工業作業現場，高危環境(反恐排爆、有毒物質、其他危險品)，醫療手術，醫療護理(攙扶、按摩等)。因此提供可同時滿足高靈敏度、覆蓋全手的高分辨率、輕薄柔軟、有一定的伸縮性且可彎曲折疊和結構穩定的觸覺手套有著極大的意義。

[1]Boutry.C.M,Negre M,Jorda M,et al.A hierarchically patterned,bioinspired e-skin able to detect the direction of applied pressure forrobotics[J].Science Robotics,2018,3(24):6914-6922.

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供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，該觸覺手套采用超級電容感知原理，觸覺手套的手掌面上分布有多個交叉電極形成的陣列式傳感器單元，抓握物體時通過傳感器單元對所接觸物體進行感知，根據力的分布特征判斷物體的形狀。

本發明解決所述技術問題的技術方案是：

一種基于超級電容感知原理的柔性觸覺手套，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；