[发明专利]一种基于人体皮肤仿生学原理的压电触觉传感器

说明书

本发明公开了一种基于人体皮肤仿生学原理的压电触觉传感器，其特征在于该传感器包括上模板、下模板、压电薄膜和电极；所述上模板的一个表面具有非平面结构，下模板的一个表面具有与上模板的非平面结构完全匹配的相应的非平面结构，使得上模板和下模板相互配合镶嵌连接；所述压电薄膜固定在上模板和下模板之间；压电薄膜的两侧均安装有电极。本压电触觉传感器结构简单新颖，提出了类似于人体皮肤真皮层的三维褶皱结构，包括在X方向和Y方向上截面为矩形结构、波浪结构和梯形结构等非平面互嵌式结构，相对于平面结构而言，增大了压电薄膜的接触面积，能够对微弱力信号起到放大的作用，灵敏度高；且还能识别出剪切力的位置。

技术领域

本发明涉及触觉传感器领域，具体是一种基于人体皮肤仿生学原理的压电触觉传感器。

背景技术

对机器人及其他智能装备而言，触觉感知是其获得外界物体属性和接触信息的重要途径。然而，相对于视觉、听觉、嗅觉等感知与传感技术，触觉传感器的发展还较为滞后。

应用在机器人上的触觉传感器，应具备在未知环境下能够精确地检测空间三维力的功能和高柔性的特点。然而目前市场上的大多数触觉传感器难以满足智能机器人对触觉传感器柔韧性、多维性以及多功能性的要求，特别是能够单纯检测法向力的触觉传感器技术已经接近成熟，能够检测剪切力的触觉传感器技术相对滞后。因此研制相似人类皮肤的触觉传感器极为重要，对机器人技术的发展以及体育、康复医疗等领域有着很重要的意义。

申请号为201610267537.3的文献公开了一种人工皮肤柔性触觉传感器测量装置，包括仿生真皮组织层、仿生表皮组织层、仿生皮下组织层和人工皮肤依附基座，其中在仿生真皮组织层中设有三根液体芯PVDF压电聚合物纤维，该仿生人工皮肤所采用的PVDF压电聚合物纤维虽然能检测出所受的剪切力，但不具有对剪切力信号放大的功能特性，并且该发明的结构不符合人体皮肤解剖学结构，同时制作过程复杂，一致性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于人体皮肤仿生学原理的压电触觉传感器。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于人体皮肤仿生学原理的压电触觉传感器，其特征在于该传感器包括上模板、下模板、压电薄膜和电极；所述上模板的一个表面具有非平面结构，下模板的一个表面具有与上模板的非平面结构完全匹配的相应的非平面结构，使得上模板和下模板相互配合镶嵌连接；所述压电薄膜固定在上模板和下模板之间；压电薄膜的两侧均安装有电极。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本发明提出了一种以人体皮肤仿生学为理论依据的压电触觉传感器，结构简单新颖，提出了类似于人体皮肤真皮层的三维褶皱结构，包括在X方向和Y方向上截面为矩形结构、波浪结构和梯形结构等非平面互嵌式结构，相对于平面结构而言，增大了压电薄膜的接触面积，能够对微弱力信号起到放大的作用，灵敏度高；且还能识别出剪切力的位置。

(2)上下模板采用柔性材料，使其具有高柔性易弯曲的优点，从材料的柔软度上更接近于人体皮肤，相似度高。

(3)采用的互嵌式结构多样，其图案化加工过程简单、价格低廉。

(4)采用压电薄膜，使其具有灵敏度高、响应时间短的优点。

(5)本发明提出的辅助验证传感器剪切力放大功能的装置，结构简单，可制作性好，操作方便，成本低，能辅助实现对触觉传感器具有剪切力放大效果的验证。

附图说明

图1为本发明基于人体皮肤仿生学原理的压电触觉传感器一种实施例的传感器的截面为矩形结构的示意图；

图2为本发明基于人体皮肤仿生学原理的压电触觉传感器一种实施例的传感器的截面为波浪结构的示意图；