[发明专利]多轴力量感测器

说明书

本发明公开了一种多轴力量感测器，包括至少一个电容式测力单元，及至少一磁场式测力单元。该电容式测力单元包括至少一对软式电路板制作的上下电极板，并于该对电极板之间置入一硅胶介电层所组成的可变电容，一电容读取IC；该磁场式测力单元，包含置于上层的一颗磁铁，置于中层的间隔硅胶，置于下层的一磁场感测IC；该电容式测力单元与该磁场式测力单元互相叠合成复合式多轴力量感测器。

技术领域

本发明是有关于一种多轴力量感测器，特别是指一种压剪力感测装置，可以通过靠近待测物来区别其为人体、磁导物体、或非磁导物体，并且是有关于将电容式测力及磁场式测力复合作用的压剪力感测器。

背景技术

电子元件制程技术越来越成熟，促使穿戴式装置成为大家关注的议题，且多半被开发成生与机电整合型的跨领域产品。近几年来对于软性电子技术的发展日新月异，相关的产品也都相继问世。这些设计有不少采用可挠式压力感测器运用在不同地方上，透过随时穿戴，可达到连续监控，且不受空间范围限制，相比压力板技术而言更加便捷，对于一般使用者接受度也较高。本文发明针对磁感测及电容式感测器复合使用的设计与应用，开发出多用途的感测器，同时具有压力以及剪应力的感测，其中压力感测器以电容式为主，三轴应力是以磁感测技术为主，设计出可应用于各种情境的多轴力量感测器。

在T.P.Tomo,W.K.Wong,A.Schmitz,H.Kristanto,A.Sarazin,L.Jamone,S.Somlor,and S.Sugano,“A modular,distributed,soft,3-axis sensor system forrobot hands,”2016 IEEE-RAS Humanoids,pp.454–460。

T.P.Tomo,M.Regoli,A.Schmitz,L.Natale,H.Kristanto,S.Somlor,L.Jamone,G.Metta and S.Sugano“A New Silicone Structure for uSkin-a Soft,Distributed,Digital 3-axis Skin Sensor-and its Integration on the Humanoid Robot iCub”IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS,2018。

T.P.Tomo,A.Schmitz,W.K.Wong,H.Kristanto,S.Somlor,J.Hwang,L.Jamone,andS.Sugano,“Covering a Robot Fingertip With uSkin:A Soft Electronic Skin WithDistributed 3-Axis Force Sensitive Elements for Robot Hands,”IEEE ROBOTICSAND AUTOMATION,2018。

上述研究中的电子人造皮肤-uSkin，以Melexis的MLX90393芯片为基础设计的人造人体皮肤展示了一个小型3轴霍尔效应力量感测器。感测器尺寸为3x3x1mm，并具有数字输出，可通过I2C连接直接连接到微控制器。16个感测器的尺寸为26x27x6.05mm，高密度是这种方法的优势，但一旦感测器接近铁磁金属物体，它将完全失去其传感能力。

本发明改善上述公知的设计，并克服金属物体的感应干扰，加入具有电容感应技术的软性感测器，设计了一种电容式和磁感应复合多轴力量感测器，它结合了两个感测器的优点，以互补的方式达到预期的效果。

本发明同时利用人体电容对电容式感测器有很大影响，在触摸感测器之前会有明显的电容变化，将电容式感测器放在磁感测器上之后，可以在检测压力和剪切应力的同时，检测靠近以及接触是否为人体或动物体。此外，本发明在磁导体接触感测器之前，由于磁场干扰，磁感应值将发生很大变化，因此可以判断接近的物品是否为磁导体。

发明内容