[發(fā)明專利]一種基于液態(tài)金屬的觸覺(jué)傳感器、陣列及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110047481.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112880547B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁燁;鄧禮楠;沈逸;樊耕麟;洪楊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/16
• 分類號(hào): G01B7/16;G01B7/00;G01L1/22;B29C64/20;B29C33/38;B33Y30/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于液態(tài)金屬的觸覺(jué)傳感器、陣列及其制備方法，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，觸覺(jué)傳感器，包括：上層彈性體、下層彈性體，所述上層彈性體和下層彈性體粘連形成微流道；其中，所述微流道包括2N段子微流道，相鄰子微流道相通且垂直排布；液態(tài)金屬，所述液態(tài)金屬充滿所述微流道；2N+1根導(dǎo)線，所述2N+1根導(dǎo)線從所述微流道兩端和中間等間距引出，并連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以同時(shí)測(cè)量相互垂直的兩個(gè)方向的應(yīng)變。通過(guò)檢測(cè)每段子微流道中液態(tài)金屬的電壓變化，得到所述觸覺(jué)傳感器自身的變形以及接觸力的位置和大小。如此，本發(fā)明的觸覺(jué)傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)精確地感知和控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于液態(tài)金屬的觸覺(jué)傳感器、陣列及其制備方法。

背景技術(shù)

觸覺(jué)對(duì)于生物來(lái)說(shuō)是不可或缺的一部分，是生物感知外界環(huán)境作用力的重要環(huán)節(jié)。同樣，對(duì)于類生物體(如仿章魚臂、仿人手等剛體或軟體操縱器)來(lái)說(shuō)，觸覺(jué)傳感器也是它們感知環(huán)境及自身狀態(tài)，完成任務(wù)的必要組件。對(duì)于剛體操縱器，市場(chǎng)上存在大量技術(shù)成熟的應(yīng)變與觸覺(jué)傳感器或傳感器陣列，它們基于電阻/壓阻、隧道效應(yīng)、電容、光學(xué)、超聲波、電磁或者壓電效應(yīng)等原理。

但是對(duì)于軟體操縱臂來(lái)說(shuō)，這些剛性傳感器由于材質(zhì)較硬、不易變形或者體積龐大等原因，難以集成到軟體操縱器上，并且會(huì)破壞軟體本身柔軟的特性。此外，現(xiàn)有的軟體觸覺(jué)傳感器，一方面原理復(fù)雜，測(cè)量裝置笨重；另一方面測(cè)量參數(shù)單一，要么只測(cè)量應(yīng)變要么只測(cè)量壓力。因此，設(shè)計(jì)和制造能貼合軟體操縱器的柔性應(yīng)變與觸覺(jué)傳感器陣列仍存在巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于液態(tài)金屬的觸覺(jué)傳感器、陣列及其制備方法，其目的在于解決軟體機(jī)器人缺乏自身形狀感知和觸覺(jué)感應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于液態(tài)金屬的觸覺(jué)傳感器，包括：

上層彈性體、下層彈性體，所述上層彈性體和下層彈性體粘連形成微流道；其中，所述微流道包括2N段子微流道，相鄰子微流道相通且垂直排布；

液態(tài)金屬，所述液態(tài)金屬充滿所述微流道；

2N+1根導(dǎo)線，所述2N+1根導(dǎo)線從所述微流道兩端和中間等間距引出，并連接到數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以同時(shí)測(cè)量相互垂直的兩個(gè)方向的應(yīng)變。

進(jìn)一步地，通過(guò)檢測(cè)每段子微流道中液態(tài)金屬的電壓變化，得到所述觸覺(jué)傳感器自身的變形以及接觸力的位置和大小。

進(jìn)一步地，所述上層彈性體和下層彈性體采用硅膠制作而成。

進(jìn)一步地，所述液態(tài)金屬為鎵銦合金。

本發(fā)明另一方面提供了一種基于液態(tài)金屬的觸覺(jué)傳感器陣列，包括多個(gè)獨(dú)立的上述觸覺(jué)傳感器。

本發(fā)明另一方面提供了一種上述觸覺(jué)傳感器的制備方法，包括以下步驟：

(1)制作所述上層彈性體和下層彈性體的模具；

(2)將脫泡后的硅膠分別澆注在上層彈性體模具和下層彈性體模具中，固化成型后取出；

(3)另取脫泡后的硅膠均勻涂抹在下層彈性體表面，再將上層彈性體帶有微流道的一面，均勻地蓋在涂抹有硅膠的下層彈性體上，待固化粘連；

(4)將液態(tài)金屬注入微流道中；

(5)將細(xì)導(dǎo)線埋入微流道的2N+1個(gè)出口，并用同質(zhì)硅膠涂抹在接口處進(jìn)行密封。

進(jìn)一步地，步驟(4)包括：使用一個(gè)注射器將液態(tài)金屬注入微流道中，使用另一個(gè)注射器從微流道的其他出口抽出空氣，直至液態(tài)金屬充滿微流道。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：