[发明专利]一种柔性电容式触觉传感器阵列

说明书

本申请揭示了一种柔性电容式触觉传感器阵列，属于传感器技术领域，m行*n列个电容式触觉传感器，其中，m和n均为正整数；电容式触觉传感器制备在岛状结构上，相邻两个电容式触觉传感器之间通过桥状结构连接，桥状结构用于进行金属导线的加工，形成信号通道；岛状结构不可拉伸，桥状结构可拉伸；在阵列的每一行和每一列的末端引出引线端子，引线端子用于传感器信息的读取。通过可拉伸的桥状结构形成信号通道，解决电子线路对拉伸性的要求，利用不可拉伸的岛状结构解决传感器在拉伸过程中的性能退化问，一方面保证了阵列的拉伸性能，另一方面保护了电容式触觉传感器。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种柔性电容式触觉传感器阵列。

背景技术

在人机交互系统中，利用电子技术对人类的各种感知进行模拟，是实现人机无缝衔接的先决条件。人类通过五种感官，即视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉，来实现与外界环境的交互。至今，人们已经通过摄像头、听筒、电子鼻和化学传感器分别成功地实现了对视觉、听觉、嗅觉和味觉功能的模仿。然而，对触觉的模拟却十分困难，导致人机交互系统对触觉信息的采集非常匮乏。人体皮肤是人体最大的器官，同时也是一个非常活跃、敏感和高弹性的感觉器官，主要承担着保护身体、排汗、温度调节、感知冷热和压力等功能。这种多功能生物模型正启发着人们研究开发与之相对应的电子器件——电子皮肤，所谓电子皮肤就是能够模拟皮肤的形态：柔性、可拉伸、具有触觉等感觉功能。

目前主要通过三种方案实现电子皮肤的功能：(1)采用柔性压阻传感器阵列，由于压阻传感器对形变非常敏感，传感器的精度容易受器件在柔性和拉伸过程的影响，导致其精度较低，且该方案监测电阻变化，功耗高；(2)采用光学成像方法的触觉传感器，该方案无法实现柔性、可拉伸的特性，且触觉传感器受光路影响，厚度较厚，无法实现在物体表面的铺附；(3)采用电容式的触觉传感器等方案来，采用传统的电路设计，不具备可拉伸的特点，且电容式的触觉传感器电极位于同一个平面，设计复杂。

发明内容

为了解决相关技术中目前电子皮肤的方案中传感器精度容易受影响，不具备可拉伸性能的问题，本发明提供了一种柔性电容式触觉传感器阵列。技术方案如下：

提供了一种柔性电容式触觉传感器阵列，包括：包括：m行*n列个电容式触觉传感器，其中，m和n均为正整数；电容式触觉传感器制备在岛状结构上，相邻两个电容式触觉传感器之间通过桥状结构连接，桥状结构用于进行金属导线的加工，形成信号通道；岛状结构不可拉伸，桥状结构可拉伸；在阵列的每一行和每一列的末端引出引线端子，引线端子用于传感器信息的读取。

通过可拉伸的桥状结构形成信号通道，解决电子线路对拉伸性的要求，利用不可拉伸的岛状结构制备电容式触觉传感器，使得电容式触觉传感器的功能和精度不受拉伸和弯曲的影响，解决了传感器在拉伸过程中的性能退化问题；在桥状结构上进行金属导线的加工，在整个触觉传感器阵列受力拉伸时，桥状结构发生弯曲代替了岛状结构的弯曲，一方面保证了阵列的拉伸性能，另一方面也保护了位于岛状结构上的传感器不受影响。

可选的，电容式触觉传感器包括绝缘薄膜层、第一导电层、第二导电层；第一导电层和第二导电层分别设置在绝缘薄膜层的两面，第一导电层形成第一电极，第二导电层形成第二电极；第一导电层和第二导电层之间形成固定电容；绝缘薄膜层为柔性材料。

通过设置在绝缘薄膜层两面的第一导电层和第二导电层之间形成电容，当给两个电极之间施加一定的电压后，两个电极之间形成了电场分布，形成固定电容。

可选的，第一导电层和第二导电层均为半圆形结构。

可选的，位于阵列的同一行的电容式触觉传感器的第一导电层通过桥状结构上的可拉伸导线依次连接，位于阵列的同一列的电容式触觉传感器的第二导电层通过桥状结构上的可拉伸导线依次连接；第一导电层以及与第一导电层连接的可拉伸导线制备在绝缘薄膜层的第一面，第二导电层以及与第二导电层连接的可拉伸导线制备在绝缘薄膜层的第二面。