[发明专利]一种具有双层卡扣型微凸台的压阻式柔性触觉传感器

说明书

本发明公开了一种具有双层卡扣型微凸台的压阻式柔性触觉传感器。本发明由从上到下依次的半球状突起、上层微凸台阵列、可拉伸电极阵列、柔性压敏阵列、下层微凸台阵列结构层叠而成；其中，柔性压敏阵列由线型石墨烯图案阵列与柔性薄膜基底组成，可拉伸电极阵列由行、列条状电极以及之间的圆形绝缘阻隔组成。可拉伸电极阵列与柔性压敏阵列紧密贴合，每个线型石墨烯图案两侧布置有方形引脚，分别与行、列条状电极相连形成闭合回路。本发明采用双层卡扣型微凸台将触觉传感器受到的外力作用转换为柔性压敏阵列中线型石墨烯图案的拉伸形变，使压敏阵列的电阻变化更加显著，提升了触觉传感器的灵敏度，同时采用导电复合材料实现了触觉传感器的柔性设计。

技术领域

本发明涉及触觉传感器，尤其是涉及了一种具有双层卡扣型微凸台的压阻式柔性触觉传感器。

背景技术

随着机器人领域的不断发展，人们不仅要求机器人具有运动功能，还要拥有感知功能、与外界交互的功能，从而向着智能化方向前进。给机器人装备触觉传感器是实现以上功能的重要途径，但是传统的触觉传感器受刚性材料限制，难以贴合机器人的复杂曲面。而基于导电复合材料的触觉传感器，因其具有极好的柔性，可以较好贴合机器人表面，能满足应用需求。

基于不同的传感原理，触觉传感器可以分为电容式、压阻式、压电式、光学式等。其中，压阻式柔性触觉传感器由于具有稳定性好、宽动态响应范围、灵敏度高和可阵列化排布等优势，受到了广泛应用。压阻式柔性传感器需要将所受压力，转化为传感单元的拉伸形变。因此，设计合适的结构，辅助传感单元在受压力时的拉伸形变，对提升传感器的灵敏度至关重要。目前，压阻式柔性传感器大多采用金属电极，其柔性较低。因此采用一种高导电的柔性材料制作电极，对实现传感器的柔性制造至关重要。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种具有双层卡扣型微凸台的压阻式柔性触觉传感器，可集中外界力的施加，将压力转化为压阻材料的拉伸形变，并采用导电复合材料实现了触觉传感器的柔性设计。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种具有双层卡扣型微凸台的压阻式柔性触觉传感器。

压阻式柔性触觉传感器主要由半球状突起、上层微凸台阵列、可拉伸电极阵列、柔性压敏阵列和下层微凸台阵列从上至下依次层叠而成；半球状突起吸收并集中外界触觉力施加到上层微凸台阵列，触觉力经上层微凸台阵列传递到柔性压敏阵列上并经可拉伸电极阵列输出触觉信号，下层微凸台阵列作为底部支撑与上层微凸台阵列共同形成双层卡扣结构，用于加强柔性压敏阵列在受力时的形变。

所述的柔性压敏阵列主要由线型石墨烯图案阵列与柔性薄膜基底组成；线型石墨烯图案阵列主要由线型石墨烯图案单元在柔性薄膜基底上表面阵列排布而成，形成M行×N列的阵列结构，每个线型石墨烯图案单元是由石墨烯沿M形线型布置，线型石墨烯图案单元两侧分别固定有方形引脚。

所述的可拉伸电极阵列与柔性压敏阵列紧密贴合，所述可拉伸电极阵列主要由布置在柔性压敏阵列上的行条状电极、列条状电极以及圆形绝缘阻隔组成；同一行线型石墨烯图案阵列中一侧方形引脚通过行条状电极与外围电路串联，同一列线型石墨烯图案阵列另一侧方形引脚通过列条状电极与外围电路串联，每一个线型石墨烯图案单元与其相连的行条状电极、列条状电极形成闭合回路，每个行条状电极之间呈并联关系，每个列条状电极之间呈并联关系；在行条状电极与列条状电极之间且在两电极交叉处设置有圆形绝缘阻隔，列条状电极和行条状电极之间通过圆形绝缘阻隔绝缘。

所述的上层微凸台阵列与下层微凸台阵列结构相同，均主要是由硅橡胶膜和膜表面的齿条形微凸台等距排列构成，M型线型石墨烯图案单元的开口方向与齿条形微凸台的微凸台延伸方向相垂直；上层微凸台阵列和下层微凸台阵列的齿条形微凸台所在硅橡胶膜表面相对，上层微凸台阵列的下表面带有齿条形微凸台，下层微凸台阵列的上表面带有齿条形微凸台，且上层微凸台阵列和下层微凸台阵列的齿条形微凸台上下相对错位布置。