[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202110235580.2
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113125055B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊辰燁;朱盛鼎;雷靜桃;陳冬冬
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發(fā)明公開了一種壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)。本傳感器由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以及連接各傳感單元的細(xì)導(dǎo)線組成；壓阻傳感單元由上下兩層電極片以及中間一層壓阻材料組成，用于測量法向力；電容傳感單元由上下兩層電極片以及中間一層介電層組成，用于測量切向力；柔性三維觸覺傳感器可同時測量法向力和切向力，結(jié)構(gòu)簡單，厚度薄，柔性好，可很好地貼附在人手皮膚表面且不影響手部動作，測量靈敏度高，可實現(xiàn)點陣功能，易于采集大量觸覺數(shù)據(jù)以便分析人手觸覺特征。本發(fā)明柔性三維觸覺傳感器成本低，適合批量生產(chǎn)，可應(yīng)用于機器人、醫(yī)療、生物力學(xué)等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著人工智能、機器人技術(shù)和智能感知識別技術(shù)的快速發(fā)展，機器人的觸覺感知功能尚不能滿足需要，需要觸覺傳感器采集的觸覺信息。觸覺傳感器在人工假肢，機器皮膚，觸摸屏，可穿戴電子器件等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

廣義的觸覺包括接觸覺、壓覺、力覺、滑覺、冷熱覺等，狹義的說它是人手與對象接觸面上的力感覺。相比視覺傳感器，觸覺傳感器具有分辨率高、成本低、可獲取視覺無法獲取的物體信息(如震動特性、熱傳遞特性、機械特性)等優(yōu)點。

人手與接觸表面之間的法向力對于感知接觸物體的硬度和形狀屬性以及獲取人手接觸物體時的按壓特征非常重要，而人手與接觸表面之間的切向力對于感知接觸物體的表面粗糙度和材料屬性以及獲取人手揉搓動作的特征非常重要，所以需要能夠同時采集人手接觸物體時的法向力信息和切向力信息的三維觸覺傳感器。

與傳統(tǒng)的觸覺傳感器相比，三維觸覺傳感器可以同時感知切向力與法向力，能夠更好地實現(xiàn)立體的力感知；與傳統(tǒng)的剛性觸覺相比，柔性觸覺傳感器對于皮膚的貼附性較好，能有效降低傳感器對于手部動作的影響。因此兼有柔性和三維力檢測功能的柔性觸覺傳感器，將在醫(yī)療、生物力學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

目前的三維柔性觸覺傳感器，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、體積大等不足，難以貼附在手部皮膚表面，有必要創(chuàng)新三維柔性觸覺傳感器的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種壓阻式與電容式相融合的三維柔性觸覺傳感器，是融合壓阻型傳感器和電容型傳感器，可同時測量法向力與切向力的三維柔性傳感器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

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以及連接各傳感單元的細(xì)導(dǎo)線；所述壓阻傳感單元由上下兩層的電極片以及中間一層壓阻材料組成，壓阻傳感單元的電極片形狀為圓形，壓阻材料選用柔性可壓縮材料，壓阻傳感單元的電極片與壓阻材料之間用膠連接，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以及中間一層介電層組成，電容傳感單元的上下兩層的電極片形狀均為矩形，電容傳感單元的上電極面積比電容傳感單元的下電極面積小，且電容傳感單元的上電極的矩形片的一條邊與電容傳感單元的下電極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，電介質(zhì)選用介電常數(shù)較大且不可壓縮的材料，電介質(zhì)與電容傳感單元的上電極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連接，便于壓阻傳感單元與電容傳感單元之間產(chǎn)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；所述柔性絕緣層具有與壓阻和電容傳感單元形狀相對應(yīng)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(xì)導(dǎo)線也被用膠與壓阻材料、電介質(zhì)固連，并由柔性絕緣層自帶的粘性固定位置。