[发明专利]基于压敏导电橡胶的柔性触滑觉复合传感阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合传感阵列，尤其是涉及机器人柔性触觉传感器领域的一种基于压敏导电橡胶的柔性触滑觉复合传感阵列。

背景技术

柔性触觉传感器是人工智能假肢或机器人手获取外界接触信息不可缺少的手段，根据触觉传感器提供的信息，智能假肢或机器人手可对目标物体的大小、形状、重量、软硬及表面粗糙度等物理特性进行感知，以实现对目标物体的稳定抓取。物体在触觉传感器上的运动导致高频率低振幅的振动被建立起来，它可以检测和解释物体的滑移。由于大多数基于压敏材料的点接触式触觉触感器只能检测正向接触力，不能准确检测切向力，也不能辨别出相对运动与力的不同，从而无法识别物体抓取过程中的高频率低振幅的滑移信号。

因此，研究具有高灵敏度和高分辨率的分布式柔性触滑觉复合传感器，使其能便捷装载在假肢或者机器人手非规则曲面的本体上，同时能准确检测三维接触力和高频率低振幅的滑移信号，是机器人智能化研究的关键技术，对康复工程领域具有重要意义。

现有技术中的传感器采用压敏导电橡胶，具有一定柔性，可以检测三维力，但是有提出的四电极结构，其后续数据处理方法比较麻烦，而且导电橡胶阵列未做填充柔性物的处理，在弯曲面上受力时容易破坏传感器结构。

中国国家发明专利（公开号CN201210193314.9）公开了一种仿人型机器人多手指柔性三维力触觉传感器及其三维力检测系统。该传感器采用具有量子隧道效应的压敏复合材料Quantum Tunneling Composites（QTC），当QTC不受外力施压时，其本体为绝缘体，电阻阻值高达1k?；当QTC受到外力施压时，本体发生压缩形变，QTC呈现导电特性，电阻阻值随着压力的增大而逐渐变小。该传感器整体具有柔性，可以检测三维力。但是该传感器电极电路分为上下两层，在长期受力过程中容易毁坏电路，而且未体现检测滑移信号的功能，难以满足智能假肢或机器人手运动反馈控制的需求。

发明内容

针对多数触觉传感器只能进行正向力检测而无法同时检测滑移的问题，本发明的目的是提出一种基于压敏导电橡胶的柔性触滑觉复合传感阵列，也是一种能同时检测三维力与滑移的分布式柔性触滑觉复合传感阵列，解决了多数触觉传感器不能同时检测接触力和滑移信号的问题，能够便捷装载在智能假肢或机器人手的非规则曲面上，用于三维接触力和滑移信号的检测。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括从下至上紧密贴合的底层的柔性电极层、中间层和顶层的PDMS凸起层；中间层包括导电橡胶阵列与填充在导电橡胶阵列周围的柔性填充物，导电橡胶阵列是由导电橡胶单元排列而成的阵列；导电橡胶单元正下方的柔性电极层上设有测试电极组，测试电极组与导电橡胶单元的阵列分布方式相同，导电橡胶单元与柔性电极层上的一组测试电极组的边长相同；PDMS凸起层上设有与每个导电橡胶单元对应的3×3阵列式均匀分布的九个微型凸台结构，九个微型凸台结构形成的阵列单元位于各自对应的导电橡胶单元正上方。

所述的导电橡胶单元为正方形导电橡胶片。

所述的导电橡胶阵列通过常温固化的柔性填充物粘结在一起形成。

所述的导电橡胶阵列为2×2以上的阵列。

所述的柔性电极层的测试电极组呈2×2以上的阵列分布。

所述的测试电极组的组数与导电橡胶阵列的导电橡胶单元个数相同。

所述的每组测试电极组均为呈正方形形状的五电极结构，五电极结构由均匀分布在四角的四个直角三角形电极及其中心的正方形电极组成，处于中心的正方形电极作为公用电极；每行测试电极组的所有正方形电极通过并行布线方式的引线串联连接后引出管脚，位于同一列上的测试电极组中位置相同的直角三角形电极通过并行布线方式的引线串联连接后引出管脚，M行测试电极组由正方形电极引出M个管脚，N列测试电极组由直角三角形电极引出4N个管脚。

所述的导电橡胶阵列采用日本INABA公司生产的Inastomer导电橡胶。

所述的柔性电极层为双面柔性电路板，采用聚酰亚胺薄膜作为基材。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的基于压敏导电橡胶的柔性触滑觉复合传感阵列可以检测三维接触力。此外，采用Inastomer导电橡胶，具有优良的压阻特性、迟滞性能、及线性度，对轻微振动有良好的压力敏感效应，可以检测高频率低振幅的滑移信号。