[发明专利]一种机器人柔性触感控制材料的制备方法

说明书

本发明提供一种机器人柔性触感控制材料的制备方法，首先将压电陶瓷粉末与导电聚合物粉末共混研磨分散，然后均匀的铺在上下两层聚酰亚胺薄膜之间，通过控制震荡频率，构成1mm×1mm的阵列形式，通过适当的加热压延成型，获得柔性触感控制的薄膜复合材料。该技术使用常用的压电陶瓷作为压力传感器，选用导电聚合物起到连接压电陶瓷和传导电荷的作用，这样就可以获得1mm²分辨率的压力信号，而且整个传感设备具有柔性，制备成本低廉，采集信号稳定，材料的环境稳定性好，服役时间长。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷聚合物复合材料领域，具体涉及一种机器人柔性触感控制材料的制备方法。

背景技术

触觉是机器人获取环境信息的一种仅次于视觉的重要知觉形式，是机器人实现与环境直接作用的必要媒介。其中，柔性触觉传感器具有获取物体表面形状二维信息的潜在能力。早在2003年，日本东京大学的研究团队利用低分子有机物——并五苯分子制成薄膜，通过其表面密布的压力传感器，实现了电子皮肤感知压力。随着尖端材料科学研究的深入，石墨烯、碳纳米等特殊材料因超轻薄、韧性强、电阻率小等优良特性，被科学家认为是电子皮肤的优良“基底”。例如，由中国研究人员使用碳纳米管传感器制成的高灵敏度皮肤，甚至可感知到20毫克蚂蚁的重量。然而，这些柔性触感控制材料生产工艺复杂，制备过程中可控性低，产品生产门槛高。压电材料被广泛应用与压力与电信号的转换过程中，本发明利用压电材料的本征特性，提出一种简单的结构复合材料，实现柔性触感控制的目的。

中国发明专利申请号200510018208.7公开了一种压电陶瓷与非极性聚合物复合材料。它包括压电陶瓷、聚乙烯醇缩醛，各成份所占体积比为：压电陶瓷50-90％，聚乙烯醇缩醛10-50％。压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛中间外加导电粒子，导电粒子占压电陶瓷和聚乙烯醇缩醛体积的0.01-0.5％这种压电陶瓷与聚乙烯醇缩醛复合材料具有压电性能高的特点。但是这种材料刚度大，不具备弯曲折叠的要求。

中国发明专利申请号 201610188461.5公开了一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法。该发明将一层导电聚合物层夹在两层压电材料层中间，然后通过热压形成一体化结构的压电陶瓷聚合物复合材料。本发明压电陶瓷聚合物复合材料可应用于压电触控板，实现产业化生产。然而这种两层压电陶瓷的夹心结构并不具有柔性的功能，因此并不适用于机器人的触感控制材料。

中国发明专利申请号201520567228.9公开了一种压电陶瓷聚合物复合材料结构，包括压电材料层以及设置在压电材料层上下的导电聚合物层，两层导电聚合物层将压电材料层夹在中间通过热压形成一体化结构。但是，该种结构仍然不具有大面积的柔性,而且无机压电材料和有机材料之间的接触并不存在键合，非常容易渗入液体，导致失效。

总结上述发明，通过压电陶瓷与导电高分子聚合物复合是可以获得触感控制材料的，但是目前的复合触感控制材料大多不具备柔性的特点，不符合仿生机器人的设计要求。并且由于机器人的工作环境多变、复杂，且不可避免存在于潮湿环境中，现有的压力触感复合材料存在易失效的风险。因此，亟待开发一种机器人柔性触感控制材料。

发明内容

针对目前复合触感控制材料刚度大，不能弯曲折叠，而且其在潮湿环境中材料易失效的风险，本发明提出一种机器人柔性触感控制材料的制备方法，从而用于智能机器人等领域，实现稳定的快速响应反馈信息，实现机器手的灵敏触觉。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种机器人柔性触感控制材料的制备方法，采用压电陶瓷与导电聚合物共混研磨，然后与聚酰亚胺压延，形成柔性触感控制的膜材料，具体方法如下：

（1）将8-10重量份导电聚合物粉、1.5-5重量份压电陶瓷粉和0.5-3重量份分散剂在高速混合机中混和分散10-25min，得到预混物；