[發明專利]一種壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器

有效

• 申請號: 202110235580.2
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113125055B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 楊辰燁;朱盛鼎;雷靜桃;陳冬冬
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L1/14
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，包括若干個壓阻傳感單元、若干個電容傳感單元、包覆各傳感單元的柔性絕緣層（1）以及連接各傳感單元的細導線（10）；其特征在于：所述壓阻傳感單元由上下兩層的電極片（2，4）以及中間一層壓阻材料（3）組成，壓阻傳感單元的電極片（2，4）形狀為圓形，壓阻材料（3）選用柔性可壓縮材料，壓阻傳感單元的電極片（2，4）與壓阻材料（3）之間用膠連接，壓阻傳感單元用于測量法向力；所述電容傳感單元由上下兩層的電極片（6，8）以及中間一層介電層（7）組成，電容傳感單元的上下兩層的電極片（6，8）形狀均為矩形，電容傳感單元的上電極（6）面積比電容傳感單元的下電極（8）面積小，且電容傳感單元的上電極（6）的矩形片的一條邊與電容傳感單元的下電極（8）的矩形片一條邊對齊，其余三邊均與下電極矩形片的其余三邊有間距，介電層（7）選用介電常數較大且不可壓縮的材料，介電層（7）與電容傳感單元的上電極（6）形狀大小相同且用膠與之固連而與電容傳感單元的下電極（8）不固連，電容傳感單元用于測量切向力；壓阻傳感單元與電容傳感單元之間由薄薄的柔性絕緣層（1）連接，便于壓阻傳感單元與電容傳感單元之間產生法向的相對位移，從而減小電容傳感單元對壓阻傳感單元測量法向力的影響；所述柔性絕緣層（1）具有與壓阻和電容傳感單元形狀相對應的槽位以放置各傳感單元，且利用自身所帶粘性與所述兩種傳感單元固連；細導線（10）也被用膠與壓阻材料（3）、介電層（7）固連，并由柔性絕緣層（1）自帶的粘性固定位置。

2.根據權利要求1所述的一種壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述柔性絕緣層（1）選用厚度不大于0.05mm的polyimide聚酰亞胺材料；細導線（10）選用外徑不大于0.5mm的銅導線；壓阻傳感單元的上電極片（2）、壓阻傳感單元的下電極片（4）和電容傳感單元的上電極（6）、電容傳感單元的下電極（8）的材料選用厚度不大于0.03mm的黃銅墊片；壓阻傳感單元中間的壓阻材料（3）為velostat；電容傳感單元中間的介電層（7）材料為難以壓縮的氧化鋁陶瓷片。

3.根據權利要求1所述的一種壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述柔性絕緣層（1）的槽將壓阻式傳感單元緊密包裹，而槽分別與壓阻傳感單元的電極片（2，4）、電容傳感單元的電極片（6，8）重疊面積改變的方向留有一定間隙。

4.根據權利要求1所述的壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述電容傳感單元的上電極（6）與介電層（7）固連，介電層（7）與電容傳感單元的下電極（8）不固連，用于保證電容傳感單元在受到切向力時電容傳感單元的上電極（6）與介電層（7）一起移動；介電層（7）與電容傳感單元的下電極（8）不固連，以保證電容傳感單元的電極片（6，8）之間的重疊面積能夠發生改變以輸出電壓信號。

5.根據權利要求1所述的壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述壓阻傳感單元的數量，可根據所要采集觸覺信息的范圍增減；電容傳感單元的數量至少為4，按照十字形布置，以檢測X、Y軸正負方向的切向力信息。

6.根據權利要求1所述的壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，其特征在于，所述多個壓阻及電容傳感單元可實現平面陣列功能，陣列的形狀及密度可根據應用情況改變，測得大量法向力及切向力信息，便于對人手部行為特征作出分析。