[發明專利]一種壓電壓阻復合仿人型觸覺手指及其制備方法

有效

• 申請號: 202011462012.8
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112338948B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 俞平;周平;張慧霞;陳鳳楠;龍江啟
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J13/08;B29C69/00;G01L1/22
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明公開了一種壓電壓阻復合仿人型觸覺手指及其制備方法，仿人型觸覺手指本體由指形基底、壓電壓阻敏感陣列和仿生指紋組成，壓電壓阻敏感陣列嵌在指形基底表層，仿生指紋覆蓋其上；壓電壓阻敏感陣列由多個敏感單元組成；敏感單元由柔性封裝層、硅油液體層、壓電絲、壓阻絲、柔性空腔層和柔性基底層構成；其中壓電絲從內至外依次由第一鎢絲、PVDF壓電層和第一鍍銅導電層構成，壓阻絲從內至外依次由第二鎢絲、導電橡膠層和第二鍍銅導電層構成。本發明的壓電絲與壓阻絲分別承擔動態力和靜態力的測量，能提高仿人型觸覺手指對高密度曲面分布式動、靜態力的復合測量功能，為仿生假手對物體的穩定操作和準確識別提供豐富的接觸力反饋信息。

技術領域

本發明涉及一種復合仿人型觸覺手指，特別涉及一種壓電壓阻復合仿人型觸覺手指及其制備方法。

背景技術

人手能感知外界環境并能可靠地完成對各種物體的操作(如抓取物體)，這得易于人手皮膚中分布著豐富的機械刺激感知小體。這些小體按其結構可分為四類：環層小體(FAII)、梅氏小體(FAI)、拉菲尼小體(SAII)和梅克爾觸盤(SAI)。其中，前兩種小體為快反應小體，對動態力敏感，主要用于感知高頻振動信號；后兩種小體為慢反應小體，對靜態力敏感，可感知切向力、接觸力及其分布情況。

智能假肢想要像人手一樣完成靈巧操作和環境感知，必須具備多種觸覺功能，例如法向力和切向力檢測、滑移檢測、物體表面特征識別等功能。觸覺功能是通過在假肢手表面或內部安裝觸覺傳感器來實現的，為適應接觸過程中物體的表面形態，假肢手和觸覺傳感器應具有一定的柔性。目前大部分觸覺傳感陣列都是安裝在假肢手表面來提供觸覺反饋信息的，但這種直接接觸易損壞觸覺傳感器。因此，需要設計一種內嵌觸覺陣列的仿人型觸覺手指，且要求其具有良好的柔性、快速響應、分布式測量的特點，能及時提供反饋信息，從而穩當的抓住物體。

發明內容

本發明的目的是提供一種壓電壓阻復合仿人型觸覺手指及其制備方法，以解決背景技術中所存在的問題。

為了達到上述目的，本發明提供了一種壓電壓阻復合仿人型觸覺手指，包括有仿人型觸覺手指本體，該仿人型觸覺手指本體從上至下依次由仿生指紋、壓電壓阻敏感陣列和指形基底組成；

所述的壓電壓阻敏感陣列由多個敏感單元構成，各所述的敏感單元均包括有柔性封裝層和柔性基底層，且兩者之間形成有一密封腔室，在該密封腔室內填充有硅油液體層以充當液壓力傳導介質；所述的硅油液體層內設置有壓電絲和壓阻絲，所述的壓電絲和壓阻絲均穿過柔性基底層并延伸至指形基底外部便于與外部電極引線相連；所述的壓電絲和壓阻絲與柔性基底層之間設置有柔性空腔層；

所述的壓電絲從內至外依次由第一鎢絲、PVDF壓電層和第一鍍銅導電層構成；所述的壓阻絲從內至外依次由第二鎢絲、導電橡膠層和第二鍍銅導電層構成。

進一步設置是：所述的壓電壓阻敏感陣列上的敏感單元的數量為531個。

進一步設置是：所述的壓電壓阻敏感陣列位于仿人型指紋的正下方，其空間分辨率為1mm，整體分布面積為426mm²。

進一步設置是：所述的柔性基底層開設有分別供壓電絲和壓阻絲穿過的通孔，兩個通孔之間中心距離為324μm。

進一步設置是：所述的壓電絲呈Z字形結構，壓阻絲呈C字形結構。

進一步設置是：所述的柔性封裝層、柔性空腔層和柔性基底層均由PDMS材料通過澆鑄成型，所述的柔性空腔層總體尺寸為100μm×100μm×50μm，其內部具有一個80μm×80μm×40μm的長方體腔室。

本發明還提供了一種壓電壓阻復合仿人型觸覺手指的制備方法，包括有以下步驟：