[实用新型]一种混合式柔性触觉传感器

说明书

本实用新型为一种混合式柔性触觉传感器。该传感器的组成包括屏蔽层、柔性基底、平面叉指电极、绝缘间隔层、弹性电介质层和触头层；其中，由下至上依次为屏蔽层、柔性基底、绝缘间隔层、弹性电介质层和触头层；所述的绝缘间隔层为框状结构，平面叉指电极粘接在柔性基底上，并位于绝缘间隔层的内框之中；绝缘间隔层的厚度比平面叉指电极的厚度多0.01mm～0.06mm。本实用新型的电容部分的电极是采用平面叉指电极结构，与传统的平行板型电容式触觉传感器相比，本触觉传感器取消了上浮电极，有利于触觉传感器的柔性化和微型化；采用电容式和电阻式互补的结构，利用电阻式结构作为电容式结构的拓展结构，可以扩大其测量范围。

技术领域

本实用新型属于触觉传感器技术领域，尤其涉及一种混合式柔性触觉传感器。

背景技术

目前，随着科技的进步以及人们生活水平的提高，服务型机器人正逐渐融入到生活的各个领域，类似人类手指的触觉神经元，触觉传感器作为机器人手指感知外界物理信息的关键部分，能帮助机器人在各种复杂环境下感知外界物体的物理特征，也可以辅助机械手完成预期的动作。另外，触觉在仿生皮肤研究中同样起着举足轻重的作用，为此，研究出一种全柔性，可大面积穿戴的电子皮肤已经成为如今的主流趋势。为了让机械手更好地完成抓取和操作物体的动作，机械手上的触觉传感器必须具备感测三维力及滑移力检测的能力。

目前绝大多数触觉传感器的设计原理集中在压阻式或者电容式的的结构，电容式传感器因为其具有体积小、灵敏度高、低噪音、低温漂及低功耗等显著的优点而被广泛应用。传统电容式触觉传感器一般为三层结构即上下电极和电介质层，当受到外力时，极板间距变化小，从而电容变化量小，且上浮电极板的存在限制了传感器的柔性化。大部分电容式触觉传感器应用于机械手时多采用刚性基体，缺乏应有的柔性，不宜在智能机器人弯曲表面广泛应用。利用压阻原理制作的触觉传感器的主要材料是压阻性能较好的压敏导电橡胶，利用压敏导电橡胶制作的触觉传感器具有优良的弹性，拉伸性和柔性，而且它的制作工艺简单，成本低适合电子皮肤的制作。但是导电橡胶的导电性能主要取决于导电颗粒的多少，导电颗粒越多，导电性能越好，但是为了保证导电橡胶具有良好的柔性，导电颗粒所占比例不能太多，从而限制了利用压敏导电橡胶制作触觉传感器的灵敏度。另外，不论是电容式还是电阻式的触觉传感器，其测量量程都不是太大，这就大大限制了机械手的工作范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，针对目前触觉传感器灵敏度不够高，测量范围小，提出一种混合式柔性触觉传感器。该混合式柔性触觉传感器将传统平行极板结构改为平面叉指电极式结构，且相较传统普通平面电极结构的电容式触觉传感器，灵敏度更高；采用电容式和电阻式互补的结构，利用电阻式结构作为电容式结构的拓展结构，可以扩大其测量范围。相对于传统的触觉传感器，本触觉传感器采用电容与电阻的混合结构，即在电容的弹性电介质中添加导电粒子以复用作压阻层的结构；其次，本触觉传感器采用的平面叉指电极结构是根据传统压阻类叉指电极的改进，利用5个叉指电极平铺在基底，形成4个等效电容，便于三维力的测量。

本实用新型解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：

一种混合式柔性触觉传感器，其组成包括屏蔽层、柔性基底、平面叉指电极、绝缘间隔层、弹性电介质层和触头层；

其中，由下至上依次为屏蔽层、柔性基底、绝缘间隔层、弹性电介质层和触头层；所述的绝缘间隔层为方形框状结构，平面叉指电极粘接在柔性基底上，并位于绝缘间隔层的内框之中；绝缘间隔层的厚度比平面叉指电极的厚度多0.01mm～0.06mm；

所述的屏蔽层采用方形的铜箔，并通过引线接地；

所述的柔性基底层为方形的聚酰亚胺(PI)材料；