[发明专利]一种大幅面力/位触觉传感器

说明书

本发明涉及一种大幅面力/位触觉传感器，包括从上到下依次设置上匀强电场层、压阻薄膜层和下匀强电场层；所述上匀强电场层、压阻薄膜层和下匀强电场层的外缘压合封闭；所述上匀强电场层与压阻薄膜层之间以及压阻薄膜层与下匀强电场层之间均设置有夹气层。本发明采用非阵列式柔性结构，通过两组激励电极组分时复用，大大缩减处理周期，能有效检测受压位置坐标和压力大小。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种大幅面力/位触觉传感器。

背景技术

触觉感知是智能机器人获取未知环境信息，防止对周围人类或物体造成不必要的损害，从而实现安全物理人机交互的重要方式。近年来，随着新材料和微电子技术的发展以及对触觉传感技术的一系列研究工作，国内外科研团队均取得不小的突破，在传感器的柔韧性方面有了很大进展，并由小面积逐步扩展到大面积的触觉检测。

专利（CN103267597）发明了一种基于压阻材料的电阻率成像柔性压力传感器。该传感器利用压敏导电橡胶作为压力检测垫，并在其周围均匀分布激励电极。通过检测系统向其中一对电极注入激励电流，从剩余电极上分别采集响应电压信号。当检测垫受到一定压力时，会引起导电橡胶内部电阻率发生变化，从而电极上所采集到的电压也发生改变，根据电阻抗成像技术就能得到所受压力大小和分布。虽然传感器结构、工艺简单，成本较低，但是每一个检测周期所需要采集的数据量多，计算量大，且电阻抗成像的算法相对复杂，对检测系统的要求较高。

专利（CN105067161）发明了一种匀强电场型的机器人触觉传感器。该传感器通过对上、下柔性层导电面的两组平行线状电极分时施加直流偏置电压，从而产生X和Y方向匀强电场。根据匀强电场中电势值沿电场方向等梯度分布，可求得按压点的相对位置。专利（CN105136344）发明了一种非匀强型的机器人触觉传感器。该传感器通过对下柔性层导电面的两组对角点电极分时施加直流偏置电压，从而产生A和B方向非匀强电场，根据修正后的点电荷电场分布公式，可求得按压点的相对位置。上述两发明均基于电场的原理实现了对接触位置的检测，但缺少对压力大小的检测，且导电层间设有网状隔层，以致于存在检测盲区。另外，由于两种传感器都采用直流偏置电压作为激励源，其精度易受到外界温度影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大幅面力/位触觉传感器，能够大大缩减处理周期，能有效检测受压位置坐标和压力大小。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大幅面力/位触觉传感器，包括从上到下依次设置上匀强电场层、压阻薄膜层和下匀强电场层；所述上匀强电场层、压阻薄膜层和下匀强电场层的外缘压合封闭；所述上匀强电场层与压阻薄膜层之间以及压阻薄膜层与下匀强电场层之间均设置有夹气层。

进一步地，所述上匀强电场层和下匀强电场层均由绝缘衬底层、ITO膜和导电线组成，所述ITO膜均匀分布于所述绝缘衬底层一侧；所述导电线分布于ITO膜两端，并与ITO膜电接触。

进一步地，所述上匀强电场层的导电线上设置激励电极组X。

进一步地，所述下匀强电场层的导电线上设置激励电极组Y。

进一步地，所述夹气层在传感器未受压情况下，可以使得上、下匀强电场层与压阻薄膜层分离，且不影响检测的连续性。

进一步地，所述上匀强电场层、压阻薄膜层和下匀强电场层均为柔性和膜片状薄层。

进一步地，所述上匀强电场层、压阻薄膜层和下匀强电场层具有相同的轮廓形状。

进一步地，所述导电线的电导率大于ITO膜电导率×100。

进一步地，所述导电线通过丝网印刷的方式直接印刷在ITO膜上，使二者紧密粘合。

进一步地，所述压阻薄膜层是以绝缘的高分子聚合物为基体，掺入炭黑粒子制成。