[发明专利]一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法，属于机器人柔性触觉传感器材料及其制备领域。其中导电填料和硅橡胶聚二甲基硅氧烷(PDMS)的质量比为1:5～1:2，PDMS中树脂和固化剂质量比5‑10:1，混合均匀后，倒在玻璃板上，置于真空环境中除气，除气后在玻璃板四角放置0.5‑1mm厚的玻璃片，并在玻璃片上放置另一玻璃板，置于恒温箱中保温一段时间，制成0.5‑1mm厚的压阻橡胶。本发明采用柔弹性好、机械性能良好、化学惰性高的PDMS基体材料，加入粒度较小的导电填料，通过合理设计各组分之间配比，使得压阻橡胶兼顾柔弹性的同时压阻效应更加显著。本发明工艺简单，所制备的压阻橡胶柔弹性良好、压阻特性显著，可贴合于机器人曲面关节进行压力信息的测量。

技术领域

本发明属于机器人柔性触觉传感器材料及其制备领域，特别是涉及一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

电阻式触觉传感器是利用传感单元电阻值的变化情况来检测施加力的位置和大小的，由于原理简单成本一般较低，所以应用最为广泛。传统的电阻式触觉传感器常利用半导体硅材料制备，半导体硅材料受到应力作用时，引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化，从而导致电阻值变化。虽然半导体硅材料制备的触觉传感器具有灵敏度高、稳定性好的优点，但是由于硅材料本身的脆硬性，难以实现曲面布置，柔顺性差。为了实现柔顺性，导电聚合物材料越来越多地被应用到触觉传感器领域，这种材料通过在聚合物基体中填充导电颗粒、导电纳米片等导电材料而形成。由这样的导电复合材料制作而成的电子皮肤触觉传感器具有非常好的柔性，能更好地贴合于机器人的手指、手腕等曲面。

当压阻橡胶未受力时，压阻橡胶中导电粒子之间有间隔，被绝缘的橡胶材料阻断，呈现绝缘的状态(绝缘区)；在外力的作用下，导电粒子之间的间隔逐渐变小直至相互接触，形成完整的导电通路，从而引起电阻值变化(渗流区)。当压力增大到一定值，导电通路的数量接近饱和，压力增加对导电通路的影响很小，因此电阻率趋于平缓(导电区)。只有压阻橡胶工作在渗流区才能将其感受到的压力变化转化为电阻值的变化，这也是电阻式触觉传感器实现压力测量的核心。

所以，针对触觉传感器应用场合工作压力的不同，相应地调节硅橡胶与导电材料、聚二甲基硅氧烷(PDMS)双组份比例以及压阻橡胶厚度，使得压阻橡胶能够具备柔弹性以贴合于机器人关节等部位，并且在测量的过程中压阻橡胶处于“渗流区”至关重要。

发明内容

为解决半导体硅材料制备的触觉传感器难以实现曲面布置，柔弹性差以及压阻橡胶工作时所处的导电区域不稳定的问题，本发明提供了一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法，通过合理地调节硅橡胶与导电材料、PDMS双组份比例以及压阻橡胶厚度，使得压阻橡胶能够具备柔弹性以贴合于机器人关节等部位，并且在测量的过程中压阻橡胶处于“渗流区”，制备的压阻橡胶复合材料具有柔弹性好，灵敏度高、压阻特性明显的优点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料，所述复合材料包含聚二甲基硅氧烷基体和导电填料。

进一步地，所述导电填料包括石墨烯、碳纳米管、微米镍粉、镀银铜粉、镀铜镍粉。

进一步地，所述聚二甲基硅氧烷和导电填料的质量比为1:5～1:2。

进一步地，所述导电填料的粒度为10～100μm。

另一方面，本发明提供一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S101：分别称取聚二甲基硅氧烷与导电填料，并进行充分混合；

S102：向上述混合物中加入固化剂，混合搅拌；

S103：将步骤S102中制得的粘稠状液体倒入玻璃板上，置于真空环境下去除搅拌时产生的气泡；