[發(fā)明專利]一種軟體機器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器及制造方法

有效

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

本發(fā)明公開一種軟體機器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器及制造方法，傳感器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構的封裝層、公共電極層、傳感陣列單元層、下電極層；傳感陣列單元層設有分布在凸面中心與橢圓虛線上的傳感單元；公共電極層設有用于連接所有傳感單元的半橢圓結構電極、橢圓結構電極與十字結構電極，電極之間相互連通；下電極層設有用于連接傳感單元與外部導線的直線結構電極。本發(fā)明實現(xiàn)其與人手指尖的低應力貼合，結合接觸物體時傳感單元陣列的電阻變化與軟體指尖的剛度，測量接觸物體的曲率，同時傳感器具有較好的柔性，可應用在軟體機器人手，并在智能機器人的復雜精細化作業(yè)方面有極大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

技術領域

本發(fā)明涉及柔性觸覺傳感器，尤其是涉及了一種軟體機器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器及制造方法。

背景技術

機器人技術的不斷發(fā)展，智能機器人已成為制造領域、服務領域中的重要一員，柔性觸覺傳感器是智能機器人上用于感知的關鍵器件，為機器人提供力、振動、接觸物體特性等觸覺信息，軟體機器人手是智能機器人實施抓取的關鍵部位，為機器人提供靈活抓取的能力。隨著機器人需應用到越來越復雜的工況中，為進一步提高智能機器人的適用性與靈活性，具備復雜觸覺信息（如曲率）采集能力的觸覺傳感器，與將柔性觸覺傳感器應用于軟體機器人手受到了廣泛關注。

傳統(tǒng)的柔性觸覺傳感器為二維平面式，應用于機器人手時需要改變自身初始應力狀態(tài)進行裝配，如進行預拉伸、粘結劑粘合等，難以測量接觸物體的曲率特性等觸覺信息。同時，將這類觸覺傳感器應用于軟體機器人手時，軟體機器人手表面形貌會發(fā)生較大變化，使軟體機器人位置難以精準監(jiān)控。

因此，當前應用于軟體機器人手的柔性觸覺傳感器存在以下問題：1）結構為二維平面式，安裝時與安裝曲面作用產生較大應力應變，初始狀態(tài)受到破壞，無法基于初始狀態(tài)測量接觸物體的曲率；2）軟體機器人手表面形貌因與柔性觸覺傳感器裝配發(fā)生變化，降低了軟體機器人手的控制精確度，成為發(fā)展精細化作業(yè)智能機器人手的阻礙。

發(fā)明內容

為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種軟體機器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器及制造方法，其具體技術方案如下。

一種軟體機器人手的三維凸面柔性觸覺傳感器,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構的上封裝層、公共電極層、傳感陣列單元層、下電極層與下封裝層；所述上封裝層與下封裝層組成封裝層，形成封裝膜；所述公共電極層由同等厚度的公共電極與公共電極基底嵌合構成；所述傳感陣列單元層由同等厚度的傳感單元與傳感單元基底嵌合構成；所述下電極層由同等厚度的直線結構電極與直線電極基底嵌合構成。

進一步的，所述公共電極由外圈半橢圓結構電極、同中心等距分布的內圈橢圓結構電極、十字結構電極組成，所述十字結構電極將被截斷的外圈半橢圓結構電極與內圈橢圓結構電極連通，十字結構電極的左側一端設有與外部導線相連的外部導線端。

進一步的，公共電極各處的寬度均為300 μm。

進一步的，所述傳感單元基底上設有傳感單元分布橢圓虛線，所述傳感單元分布橢圓虛線包括外圈傳感單元分布橢圓虛線、內圈傳感單元分布橢圓虛線，所述傳感單元的橫切面均為直徑600μm的圓，每個傳感單元的厚度為200μm，分布在外圈傳感單元分布橢圓虛線、內圈傳感單元分布橢圓虛線與曲面中心，內圈傳感單元分布橢圓虛線同中心等距離分布。

進一步的，每一個傳感單元的下方配對一個直線結構電極，每一個傳感單元下表面都與直線結構電極上表面準確貼合，每一個傳感單元上表面都與公共電極下表面準確貼合；傳感單元所在的外圈傳感單元分布橢圓虛線和內圈傳感單元分布橢圓虛線分別與公共電極的外圈半橢圓結構電極和內圈橢圓結構電極重合。

進一步的，所述直線結構電極寬度為300μm，直線結構電極之間不交錯串聯(lián)，呈現(xiàn)擬軸線對稱排布，在每一個直線結構電極的末端都連接有對應的外部導線。