[发明专利]一种用于多模态信息测量的包覆式仿生柔性传感器

说明书

本发明公开一种用于多模态信息测量的包覆式仿生柔性传感器，涉及柔性传感器技术领域，包括基体部分和应变感知部分；基体部分包括柔性主体和裂缝，裂缝设置有多个，多个裂缝沿柔性主体的外壁交错布置；应变感知部分嵌入柔性主体外壁的裂缝之间，应变感知部分包括敏感单元、引线、电极以及绝缘包裹层，敏感单元沿柔性主体的轴线方向布置，电极设置在敏感单元的两侧，敏感单元、引线以及电极通过绝缘包裹层进行封装。本发明成本低，无污染，制作工艺简捷，具有高灵敏度、高精确度的特点，能够实现被测件任意方向转角、空间曲率连续变化、直径变化以及不同位置力信号的检测。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，特别是涉及一种用于多模态信息测量的包覆式仿生柔性传感器。

背景技术

近年来，随着新材料与快速成型技术的发展，模仿自然界软体动物的结构和功能特征制作软体机器人，已经成为了软体机器人领域热门研究方向之一。软体机器人具有柔顺、安全、可任意变形等主流刚性器械所不具备的优点，在工业生产、安全人机交互、复杂环境探测等领域具有广阔的应用前景。目前，由于软体机器人具有高柔顺的特点，现有传统的刚性力觉传感器、编码器等传感器件很难集成到柔性机器人本体中，使其形位检测成为难题，成为制约其发展的一个重要因素。

现阶段，柔性传感器大多采用柔性基底加导电材料的结构形式，如Yong-Lae Park等(Design and Fabrication of Soft Artificial Skin Using EmbeddedMicrochannels and Liquid Conductors)；R.Adam Bilodeau等(Monolithic Fabricationof Sensors and Actuators in a Soft Robotic Gripper)；Selim Ozel等(Apreciseembedded curvature sensor module for soft-bodied robots)；Helena Moreira等(Electron transport in gold colloidal nanoparticle-based strain gauges)等科研小组均提出了不同形式的具有高灵敏度的柔性传感器，通过将微纳尺度的导电粒子或导电液沉积或嵌入到柔性基底中，当柔性基底发生形变时，会引起导电材料的阻值、电容等电信号的变化，从而实现传感器对弯曲、拉伸以及应力等信息的检测；然而上述柔性传感器多采用微纳尺度的导电材料，价格相对较高；而采用导电液形式的柔性传感器易因变形过大产生断流失效，承载能力不足；且上述柔性传感器多为一维信号检测形式的传感器。专利CN107576258 A公布了《一种用于测量连续直径变化的软体传感器》，该专利所述传感器结构简单、精度高、重复性好，但只能用于软体圆柱形腔体类零件连续直径变化的测量；专利CN110595512 A公布了《一种柔性压电传感器及制作方法》，该专利所述传感器采用柔性压电材料，制作工艺自动化程度高；专利CN 1796954 A公布了一种《柔性三维力触觉传感器》，该专利所述传感器采用单晶硅材料通过MEMS工艺制作而成，能够实现三维力信息的检测；然而上述专利所述传感器均不能实现被测件空间曲率、转角等其它模态信息的检测。

因此，亟需提供一种新的用于多模态信息测量的包覆式仿生柔性传感器，以解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多模态信息测量的包覆式仿生柔性传感器，以解决上述现有技术存在的问题，成本低，无污染，制作工艺简捷，具有高灵敏度、高精确度的特点，能够实现被测件任意方向转角、空间曲率连续变化、直径变化以及不同位置力信号的检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于多模态信息测量的包覆式仿生柔性传感器，包括基体部分和应变感知部分；所述基体部分包括柔性主体和裂缝，所述裂缝设置有多个，多个所述裂缝沿所述柔性主体的外壁交错布置；所述应变感知部分嵌入所述柔性主体外壁的所述裂缝之间，所述应变感知部分包括敏感单元、引线、电极以及绝缘包裹层，所述敏感单元沿所述柔性主体的轴线方向布置，所述电极设置在所述敏感单元的两侧，所述敏感单元、所述引线以及所述电极通过所述绝缘包裹层进行封装。