[發明專利]一種柔性多維觸覺傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110240606.2
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113049167B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 陳松月;游裕如;白成
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01L5/162
• 分類號: G01L5/162;B23K26/38
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發明提供了一種柔性多維觸覺傳感器及其制備方法，包括多個傳感單元；所述傳感單元包括一柔性襯底、第一壓阻單元及第二壓阻單元；所述柔性襯底的中部向上凸起一半球形的凸部；所述第一壓阻單元設置于所述凸部的上方且貼合所述凸部的外表面設置；多個所述的第二壓阻單元以所述凸部所在位置為中心沿中心對稱設置于所述凸部的周圍；當傳感單元受到法向力時，凸部的結構發生法向形變，凸部的頂部的第一壓阻單元產生不一樣的阻值變化；當傳感單元受到切向力時，所述第二壓阻單元產生不一樣的阻值變化，根據電阻值的變化，得出傳感單元受到的力的矢量。應用本技術方案可實現較高精度地分辨所受到的法向力與切向力的大小、方向、分布及自身彎曲變形。

技術領域

本發明涉及傳感器領域，具體是指一種柔性多維觸覺傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著智能機器人的需求不斷提高，柔性壓阻式力傳感器被廣泛研究。在機器人抓取物體時，需要機械手能夠感知目標物體的狀態，從而完成對不同形狀和材料的物體的自適應抓取。傳統的剛性力傳感器因為其材料的可拉伸性和柔韌性較差，無法完成對物體的自適應抓取。柔性力傳感器具有對不同形狀材料的順應性以及在變形下仍能實現力學傳感的優良特性。

大多數柔性觸覺傳感器的研究主要集中于單維力的檢測。而在實際抓取物體中，需要機械手能感受和分辨出所受到的力方向、大小及分布。所以目前柔性觸覺傳感器領域的關鍵問題就是在于結合結構設計與制作工藝來使柔性觸覺傳感器能夠滿足多維觸覺檢測的性能要求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供一種柔性多維觸覺傳感器及其制備方法，

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種柔性多維觸覺傳感器，包括多個傳感單元；所述傳感單元包括一柔性襯底、第一壓阻單元及第二壓阻單元；所述柔性襯底的中部向上凸起一半球形的凸部；所述第一壓阻單元設置于所述凸部的上方且貼合所述凸部的外表面設置；多個所述的第二壓阻單元以所述凸部所在位置為中心沿中心對稱設置于所述凸部的周圍；

當傳感單元受到法向力時，凸部的結構發生法向形變，凸部的頂部的第一壓阻單元產生不一樣的阻值變化；當傳感單元受到切向力時，所述第二壓阻單元產生不一樣的阻值變化，根據第一壓阻單元及第二壓阻單元的電阻值的變化，得出傳感單元受到的力的方向、大小、分布及自身彎曲變形。

在一較佳的實施例中，所述柔性襯底的周邊向下彎曲變形時，所述第二壓阻單元受拉，電阻值增大；所述柔性襯底的周邊向上彎曲變形時，所述第二壓阻單元受壓，電阻值減小。

在一較佳的實施例中，所述第一壓阻單元具體為環形壓阻單元，所述環形壓阻單元與所述凸部同心設置。

在一較佳的實施例中，所述第二壓阻單元設置有3個或4個或5個。

在一較佳的實施例中，所述傳感單元設置有4個，且呈2×2陣列設置。

本發明還提供了一種柔性多維觸覺傳感器的制備方法，制備了上述的柔性多維觸覺傳感器，包括以下步驟：

1)依據傳感器的力學性能要求確定柔性聚合物與相應固化劑的質量比，按比例將二者混合，充分攪拌后，使用真空泵去除混合物中的氣泡，然后倒入模具內，再次抽真空，加熱固化后脫模，得到帶有半球形凸部的柔性襯底；

2)利用噴槍將配置好的導電材料噴涂在柔性襯底表面；

3)利用激光切割技術，一次成型設計好的第一壓阻單元及第二壓阻單元；

4)將與襯底相同的柔性絕緣材料旋涂在器件表面進行封裝。

相較于現有技術，本發明的技術方案具備以下有益效果：

1)所設計的半球形的凸部及壓阻單元分布的結構，能較高精度地分辨所受到的法向力與切向力的大小、方向、分布及自身彎曲變形。