[發明專利]一種用于多模態信息測量的包覆式仿生柔性傳感器

有效

• 申請號: 202010411838.5
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111735379B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 韓志武;公言磊;馮美;盧秀泉;金星澤;付強;李妍;倪志學;高帥
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張琳麗

本發明公開一種用于多模態信息測量的包覆式仿生柔性傳感器，涉及柔性傳感器技術領域，包括基體部分和應變感知部分；基體部分包括柔性主體和裂縫，裂縫設置有多個，多個裂縫沿柔性主體的外壁交錯布置；應變感知部分嵌入柔性主體外壁的裂縫之間，應變感知部分包括敏感單元、引線、電極以及絕緣包裹層，敏感單元沿柔性主體的軸線方向布置，電極設置在敏感單元的兩側，敏感單元、引線以及電極通過絕緣包裹層進行封裝。本發明成本低，無污染，制作工藝簡捷，具有高靈敏度、高精確度的特點，能夠實現被測件任意方向轉角、空間曲率連續變化、直徑變化以及不同位置力信號的檢測。

技術領域

本發明涉及柔性傳感器技術領域，特別是涉及一種用于多模態信息測量的包覆式仿生柔性傳感器。

背景技術

近年來，隨著新材料與快速成型技術的發展，模仿自然界軟體動物的結構和功能特征制作軟體機器人，已經成為了軟體機器人領域熱門研究方向之一。軟體機器人具有柔順、安全、可任意變形等主流剛性器械所不具備的優點，在工業生產、安全人機交互、復雜環境探測等領域具有廣闊的應用前景。目前，由于軟體機器人具有高柔順的特點，現有傳統的剛性力覺傳感器、編碼器等傳感器件很難集成到柔性機器人本體中，使其形位檢測成為難題，成為制約其發展的一個重要因素。

現階段，柔性傳感器大多采用柔性基底加導電材料的結構形式，如Yong-Lae Park等(Design and Fabrication of Soft Artificial Skin Using EmbeddedMicrochannels and Liquid Conductors)；R.Adam Bilodeau等(Monolithic Fabricationof Sensors and Actuators in a Soft Robotic Gripper)；Selim Ozel等(Apreciseembedded curvature sensor module for soft-bodied robots)；Helena Moreira等(Electron transport in gold colloidal nanoparticle-based strain gauges)等科研小組均提出了不同形式的具有高靈敏度的柔性傳感器，通過將微納尺度的導電粒子或導電液沉積或嵌入到柔性基底中，當柔性基底發生形變時，會引起導電材料的阻值、電容等電信號的變化，從而實現傳感器對彎曲、拉伸以及應力等信息的檢測；然而上述柔性傳感器多采用微納尺度的導電材料，價格相對較高；而采用導電液形式的柔性傳感器易因變形過大產生斷流失效，承載能力不足；且上述柔性傳感器多為一維信號檢測形式的傳感器。專利CN107576258 A公布了《一種用于測量連續直徑變化的軟體傳感器》，該專利所述傳感器結構簡單、精度高、重復性好，但只能用于軟體圓柱形腔體類零件連續直徑變化的測量；專利CN110595512 A公布了《一種柔性壓電傳感器及制作方法》，該專利所述傳感器采用柔性壓電材料，制作工藝自動化程度高；專利CN 1796954 A公布了一種《柔性三維力觸覺傳感器》，該專利所述傳感器采用單晶硅材料通過MEMS工藝制作而成，能夠實現三維力信息的檢測；然而上述專利所述傳感器均不能實現被測件空間曲率、轉角等其它模態信息的檢測。

因此，亟需提供一種新的用于多模態信息測量的包覆式仿生柔性傳感器，以解決現有技術中所存在的上述問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于多模態信息測量的包覆式仿生柔性傳感器，以解決上述現有技術存在的問題，成本低，無污染，制作工藝簡捷，具有高靈敏度、高精確度的特點，能夠實現被測件任意方向轉角、空間曲率連續變化、直徑變化以及不同位置力信號的檢測。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種用于多模態信息測量的包覆式仿生柔性傳感器，包括基體部分和應變感知部分；所述基體部分包括柔性主體和裂縫，所述裂縫設置有多個，多個所述裂縫沿所述柔性主體的外壁交錯布置；所述應變感知部分嵌入所述柔性主體外壁的所述裂縫之間，所述應變感知部分包括敏感單元、引線、電極以及絕緣包裹層，所述敏感單元沿所述柔性主體的軸線方向布置，所述電極設置在所述敏感單元的兩側，所述敏感單元、所述引線以及所述電極通過所述絕緣包裹層進行封裝。