[发明专利]各向异性导电橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明的各向异性导电橡胶及其制备方法，属于信息材料领域，更具体地说尤其涉及一种应用于机器人皮肤的敏感材料，也就是用于机器人三维力触觉传感器的敏感材料。

背景技术

触觉传感在机器人感觉系统中有非常重要的地位，它具有视觉等其他感觉无法替代的功能。视觉一般须借助光照完成，当光照受限时，与人的感觉一样，触觉的重要性就突显出来。更为重要的是，触觉能感知物体的一些表面特性和物理性能：软硬度、粗糙度、大小、形状等，根据触觉传感器提供的信息，机器人可以对目标物体进行可靠抓取。触觉传感器的趋势是集成化、小型化和智能化。为准确获取触觉信息及适用于任意形状的表面，要求触觉传感器具有一定的柔性，籍此可以安装在任意形状的表面上以适应不同的机器人应用，并能获取三维接触力信息，使之能更牢固可靠地抓握目标物体。

压敏导电橡胶是用于制作机器人触觉传感器的一种重要材料。压敏导电橡胶是在橡胶基体中掺杂有一定量的零维的导电粒子，如球形颗粒状的纳米炭黑，橡胶材料本身不导电，通过添加导电组份后获得导电性。添加导电组份在特定范围内，材料的电阻随着所受到的压力大小而变化，即具备压阻效应。由于在橡胶机体中均匀掺杂0维的导电组分，获得的柔性橡胶材料具有各向同性的导电性，通过在特定结构的电极上布置这种压敏导电橡胶，可以制成用于机器人的三维力传感单元及传感器阵列。然而由于一个任意方向力可在笛卡尔坐标系内向三个坐标分解，每个电阻分量同时包含有三个坐标方向上分力的响应，这导致信息提取和解耦计算变得非常复杂。

发明内容

本发明是为避免上述现有各向同性导电橡胶在用于机器人触觉传感器时所存在的不足之处，提供一种兼具良好的柔性的各向异性导电橡胶及其制备方法，制备的导电橡胶具有压阻特性效应，达到用于机器人触觉传感器时可以简化传感器结构、提高信息提取效率的目的。

本发明的各向异性导电橡胶是通过采用如下技术方案实现的：

本发明各向异性导电橡胶的特点是所述导电橡胶按质量份的原料构成为：

液体硅橡胶100份；补强填料2-5份；

一维导电组份6-15份；作为溶剂的石脑油或乙酸乙酯10份。

本发明各向异性导电橡胶的特点也在于：

所选用的液体硅橡胶是单组份的室温硫化硅橡胶。

所述的补强填料为纳米二氧化硅SiO₂和纳米三氧化二铝Al₂O₃中的一种或两种，平均粒径200-300纳米。

所述一维导电组份是直径为20±4μm，长度为0.3-1.5mm的碳系导电纤维或纳米碳管。

本发明各向异性导电橡胶的制备方法的特点是按如下步骤进行：

将一维导电组份、补强填料按所述的比例加入到液体硅橡胶中混合后加入溶剂，以超声分散使其均匀后浇注在模具中，将所述模具置于强度不小于400V/m的匀强电场中，室温下静置至固化成型，脱模即得。

与已有的应用于机器人皮肤的导电橡胶制作技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过添加一维导电组份获得具有各向异性导电性的敏感材料，与已有技术中添加0维的纳米炭黑粒子获得敏感材料相比，在制作三维力传感器时，将简化信号提取和解耦算法。

2、本发明中可以通过适当调整1维导电组份的比例，获得具有不同的检测量程及检测灵敏度的敏感材料，调节方便。

3、本发明的各项异性导电橡胶，通过适当添加补强填料，获得满足应用于机器人皮肤敏感材料要求的邵氏硬度为45-53的敏感材料，且电阻率各向异性差别在10⁵量级以上。

具体实施方式

具体实施中，各向异性导电橡胶按质量份的原料构成为：

液体硅橡胶100份，为单组份的室温硫化硅橡胶；

补强填料2-5份，为纳米二氧化硅SiO₂和纳米三氧化二铝Al₂O₃中的一种或两种，平均粒径200-300纳米，补强填料的作用一方面是使橡胶达到需要的硬度范围；另一方面起到间隔导电组份、提高导电性各向异性差异率的作用；

一维导电组份6-15份，是直径为20±4μm、长度为0.3-1.5mm的碳系导电纤维或纳米碳管，使得制备的导电橡胶既具有各项异性导电性，又具有敏感材料所需要的压阻效应；

石脑油或乙酸乙酯：10份，作为溶剂。