[發(fā)明專利]一種軟體機(jī)器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器及制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110056549.2
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112857630B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪延成;王世航;梅德慶;張磊;蔣程鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 之江實驗室;浙江大學(xué)
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;B25J13/08
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

1.一種軟體機(jī)器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器,其特征在于：包括從上到下依次層疊布置并通過加熱固化依次粘合的具有三維凸面式結(jié)構(gòu)的上封裝層（1-1）、公共電極層（2）、傳感陣列單元層（3）、下電極層（4）與下封裝層（1-2）；所述上封裝層（1-1）與下封裝層（1-2）組成封裝層，形成封裝膜；所述公共電極層（2）由同等厚度的公共電極（2-1）與公共電極基底（2-2）嵌合構(gòu)成；所述傳感陣列單元層（3）由同等厚度的傳感單元（3-1）與傳感單元基底（3-2）嵌合構(gòu)成；所述下電極層（4）由同等厚度的直線結(jié)構(gòu)電極（4-1）與直線電極基底（4-2）嵌合構(gòu)成；

所述公共電極（2-1）由外圈半橢圓結(jié)構(gòu)電極（5）、同中心等距分布的內(nèi)圈橢圓結(jié)構(gòu)電極（6）、十字結(jié)構(gòu)電極（7）組成，所述十字結(jié)構(gòu)電極（7）將被截斷的外圈半橢圓結(jié)構(gòu)電極（5）與內(nèi)圈橢圓結(jié)構(gòu)電極（6）連通，十字結(jié)構(gòu)電極（7）的左側(cè)一端設(shè)有與外部導(dǎo)線相連的外部導(dǎo)線端（11）；

所述傳感單元基底（3-2）上設(shè)有傳感單元分布橢圓虛線（10），所述傳感單元分布橢圓虛線（10）包括外圈傳感單元分布橢圓虛線（8）、內(nèi)圈傳感單元分布橢圓虛線（9），所述傳感單元（3-1）的橫切面均為直徑600μm的圓，每個傳感單元（3-1）的厚度為200μm，分布在外圈傳感單元分布橢圓虛線（8）、內(nèi)圈傳感單元分布橢圓虛線（9）與曲面中心，內(nèi)圈傳感單元分布橢圓虛線（9）同中心等距離分布；

每一個傳感單元（3-1）的下方配對一個直線結(jié)構(gòu)電極（4-1），每一個傳感單元（3-1）下表面都與直線結(jié)構(gòu)電極（4-1）上表面準(zhǔn)確貼合，每一個傳感單元（3-1）上表面都與公共電極（2-1）下表面準(zhǔn)確貼合；傳感單元（3-1）所在的外圈傳感單元分布橢圓虛線（8）和內(nèi)圈傳感單元分布橢圓虛線（9）分別與公共電極（2-1）的外圈半橢圓結(jié)構(gòu)電極（5）和內(nèi)圈橢圓結(jié)構(gòu)電極（6）重合；同時公共電極層（2）與傳感陣列單元層（3）均為三維凸面式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了公共電極（2-1）下表面與傳感單元上表面（3-1）的精準(zhǔn)貼合。

2.如權(quán)利要求1所述的一種軟體機(jī)器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器,其特征在于：公共電極（2-1）各處的寬度均為300 μm。

3.如權(quán)利要求1所述的一種軟體機(jī)器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器,其特征在于：所述直線結(jié)構(gòu)電極（4-1）寬度為300μm，直線結(jié)構(gòu)電極（4-1）之間不交錯串聯(lián)，呈現(xiàn)擬軸線對稱排布，在每一個直線結(jié)構(gòu)電極（4-1）的末端都連接有對應(yīng)的外部導(dǎo)線。

4.如權(quán)利要求1所述的一種軟體機(jī)器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器,其特征在于：所述的封裝層、公共電極基底（2-2）、傳感單元基底（3-2）與直線結(jié)構(gòu)電極基底（4-2）厚度均為200μm，材料為柔性的聚二甲基硅氧烷，公共電極（2-1）、直線結(jié)構(gòu)電極（4-1）的材料為硅橡膠與銀納米片混合物，傳感單元（3-1）的材料為硅橡膠、石墨烯與銀納米片混合物，材料的混合方式均為行星攪拌。

5.如權(quán)利要求1所述的一種軟體機(jī)器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器,其特征在于：所述三維凸面式結(jié)構(gòu)通過激光掃描待安裝面重構(gòu)得到，所述傳感單元（3-1）以傳感陣列單元層（3）凸面中心為原點的初始位置坐標(biāo)(x₀,y₀,z₀)，通過將傳感單元初始位置坐標(biāo)(x₀,y₀,z₀)、傳感單元所測壓力值F₀、軟體機(jī)器人手指主動感知的位移矢量(x_H,y_H,z_H)與軟體指尖剛度K聯(lián)立計算，得到發(fā)生最大位移傳感單元的位置坐標(biāo)變化信息(x_max,y_max,z_max)與邊緣接觸物體傳感單元的坐標(biāo)信息(x_edge-i,y_edge-i,z_edge-i)，在由最大位移傳感單元坐標(biāo)與邊緣接觸點坐標(biāo)重構(gòu)繪制出曲面形狀或球面曲率半徑，計算測量出接觸物體的曲率；其中最大位移傳感單元為電阻阻值最先發(fā)生變化的傳感單元，邊緣接觸物體傳感單元為電阻阻值處在變化的臨界點且電阻變化值小于傳感單元初始電阻R₀的5%的傳感單元。