[实用新型]双模传感单元和双模传感器

说明书

本实用新型公开了双模传感单元和双模传感器，双模传感单元包括屏蔽层、压敏导电层、电容感应层和柔性凸起层；屏蔽层与压敏导电层固定连接，屏蔽层接地设置；压敏导电层包括传导电极和压阻敏感层；压阻敏感层设有凸起微结构；电容感应层包括第一柔性基底、发射电极和接收电极；发射电极、接收电极固定在第一柔性基底的底面，且发射电极和接收电极上下分层设置，发射电极与凸起微结构导通连接；柔性凸起层与第一柔性基底固定连接，柔性凸起层的上端面设有应力收集凸起。双模传感单元同时具备接近觉和触觉传感的功能；双模传感器由多个双模传感单元矩阵排布而成，并且相互之间通过柔性基底连接，具备良好的柔性，其内部线路简洁。

技术领域

本实用新型属于机器人传感技术领域，具体涉及双模传感单元和双模传感器。

背景技术

现有的协作机器人传感系统基本都包含视觉和触觉传感器，触觉传感系统主要是提供接触情况下的应力及其分布信息，视觉传感系统主要是提供方位捕捉和物体距离信息。然而一方面，需要额外的3D摄像头装置，不仅增加了成本，而且在处理数据带宽和视觉算法的要求较高；另一方面，在有些应用场景中存在物距较小的情况，此时视觉传感器易被机械臂遮挡无法有效捕捉距离信息，而同时机械臂仍未接触到物体，触觉传感器也无法正常获取物体信息，为传感系统的“盲区”。所以机器人电子皮肤在具有视觉、触觉能力的同时，还需要有接近感知的辅助功能，才能真正实现安全的人机交互任务。

韩国首尔大学的Hyung-Kew Lee在2009年公开的文献中描述了一种电容式的接近和触觉的传感器阵列，采用的是上下层分布的叉指型电极，通过连接不同检测电极来实现共面电容式接近传感和上下结构的交叉平板电容式触觉传感，这两种模式的切换需要复杂的控制电路来实现，上下交叉电极结构将导致引线和电路复杂，影响整体传感器的柔性，同时也会引起寄生电容的产生，导致测量信号发生漂移，此外平板电容的介电层是空气，将导致压力信号的量程范围小和灵敏度低等问题。

韩国Jong-Hyun Ahn等人(Kang,Kim et al.2017)实用新型了一种基于石墨烯的3D触摸传感器，通过电容感知人体的距离和接触物体的大致轮廓，其可以直接安装于可变形的部位，具有一定的拉伸性。但是在接触模式下存在灵敏度不高，检测范围较窄等问题。

因此，需要一种新的技术以解决现有技术中接近觉和触觉的电路复杂、测量精度低、灵敏度低、检测范围较窄问题。

实用新型内容

为解决现有技术中的上述问题，本实用新型提供了双模传感单元和双模传感器，其电路简洁、测量精度、检测范围较大，具备高灵敏度。

本实用新型采用了以下技术方案：

双模传感单元，包括由下往上依次叠层设置的屏蔽层、压敏导电层、电容感应层和柔性凸起层；

所述屏蔽层的上表面与所述压敏导电层固定连接，屏蔽层接地设置；

所述压敏导电层包括传导电极和与所述传导电极导通连接的压阻敏感层；所述压阻敏感层由压敏导电材料制成，压阻敏感层的上表面设有若干呈矩阵分布的凸起微结构；

所述电容感应层包括第一柔性基底、发射电极和接收电极；所述发射电极、接收电极固定在所述第一柔性基底的底面，且发射电极和接收电极上下分层设置，所述发射电极与所述凸起微结构的上端面导通连接；

所述柔性凸起层与所述第一柔性基底的上表面固定连接，所述柔性凸起层的上端面对应所述压阻敏感层的位置设有应力收集凸起。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述传导电极包括第一电极主体和从所述第一电极主体延伸出的第一连接脚；所述压敏导电层与所述屏蔽层之间还设有第二柔性基底；所述传导电极固定在所述压阻敏感层的底部，所述传导电极嵌入所述第二柔性基底。