[发明专利]一种全柔性电容‑电阻双模式接近觉传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感技术领域，涉及一种应用于人工智能皮肤的电容-电阻双模式柔性接近觉传感器。

背景技术

接近觉传感器在机器人中具有很重要的应用价值，机器人依靠接近觉传感器可以精确的感知外部信息，实现与外界环境的良好互动。测量距离在零点几个毫米到几十毫米范围之内的为接近觉传感器，它们的作用介于触觉和视觉之间，而且很多情况下都能很好地补充触觉和视觉的不足。接近觉传感器在智能机器人中发挥着重要作用，如实现目标识别、定位、跟踪及运动中的避障等等。机器人通过接近觉传感器可以感知与对象物体之间的接近程度，从而可以完成无破坏接近、避免碰撞以及实现软抓取的一系列动作，它相比较视觉系统以及触觉系统来说更为简单，应用也比较广泛。

目前，接近感知可以通过多种不同类型的接近传感器实现。Chang等设计了一种具有三层夹心结构的石英晶体振荡式接近传感器，它的接近感知效果优于电容式接近传感器。Bartsch等研究并开发了一种适用于恶劣环境下作业的低功耗涡流式接近觉传感器。Fericean等针对工业中微波式接近觉传感器的应用进行了研究，改进了其硬件电路。Um D等设计了为了实现对于物体的三维立体形状的感知，通过优化红外式接近觉传感器阵列的交叉式排布，该种新型阵列排布的方式可以用于智能机器人。Goeger等利用电容式感应原理，设计的新型结构双模式电容式接近觉传感器，可用于机器人机械手判别接近信息，它不仅利用电容原理测量接近信息，而且还可以测量触觉信息。潘伟等利用了红外反射光强原理研制了一种采用红外对管作为接近觉探头的抗干扰接近传感器实现接近感知。Heng-Tze Cheng等人研制出了一种准确率可以达到98％的新式基于红外式接近觉传感器的非接触式手势识别系统，其主要方法是通过利用新型的信号提取，再通过二叉决策树进行实时的监控、识别和分类对象的三维手势。上述接近觉传感器的研究并非面向机器人皮肤应用，对于机器人皮肤所要求的柔性、规模集成性、模块化、安全性和鲁棒性等都不能很好满足。

发明内容

本发明是为避免上述现有接近觉传感器所存在的不足之处，提供一种全柔性电容-电阻双模式接近觉传感器，旨在提供一种用于智能机器人人工敏感皮肤的全柔性、灵敏度高、性能稳定、制备工艺简单、易于阵列化的电容-电阻双模式接近觉传感器。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明全柔性电容-电阻双模式接近觉传感器，其特点在于：所述全柔性电容-电阻双模式接近觉传感器是在一柔性基底上间隔设置有电容式接近觉传感器和电阻式接近觉传感器，以所述电容式接近觉传感器和电阻式接近觉传感器分段协同感知物体接近信息；

所述电容式接近觉传感器是在柔性基底的上表面设置有柔性导电双电极，在所述柔性基底的下表面、位于所述柔性导电双电极的正下方设置有用于作为屏蔽层的柔性导电电极层；

所述电阻式接近觉传感器是在柔性基底的上表面、间隔所述柔性导电双电极设置有柔性导电叉指电极，在所述柔性导电叉指电极上表面覆盖有温度敏感薄膜；

在所述柔性导电双电极的外围环设有环形屏蔽电极，所述柔性环形导电电极用于屏蔽所述柔性导电叉指电极对所述柔性导电双电极的影响。

本发明全柔性电容-电阻式接近觉觉传感器，其特点也在于：所述温度敏感薄膜以石墨烯纳米片为材质。所述柔性基底以聚酰亚胺为材质。

本发明全柔性电容-电阻双模式接近觉传感器的引线设计在同一聚酰亚胺柔性基底，可灵活进行电极布线，便于阵列化结构设计。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明全柔性电容-电阻双模式接近觉传感器同时利用电容与电阻双模式分段协同检测接近信息，提高了传感器的精确度；与其它接近觉传感器相比，本发明的全柔性电容-电阻双模式接近觉传感器利用电容、电阻在检测物体接近上各自存在的优缺点，协同检测接近觉信息，不仅扩大接近觉量程，还提高了所在量程范围内的精确度。

2、本发明全柔性电容-电阻双模式接近觉传感器以聚酰亚胺为基底，其所有结构均具有很好的柔性，传感器可实现弯曲变形，能可靠地贴合在机器人皮肤上，实现对接近信息的检测，提高了其表面适应性。