[发明专利]一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器及制备方法

权利要求书

1.一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器，其特征在于，包括：

半球型触头(1)，所述半球型触头(1)包括表面开设有凹槽(13)的托盘(12)，以及设置在所述凹槽(13)内的半球型凸起(11)，所述凹槽(13)与托盘(12)上表面的连接处(131)呈U型、V型、W型或横置的“S”型；

连接在所述半球型触头下表面的柔性倒锥体组件(2)，所述柔性倒锥体组件的侧表面上设置有柔性三角形激励电极(3)，所述柔性倒锥体组件(2)为圆锥体或面数为4的倍数的多面棱锥；

包围部分所述柔性三角形激励电极(3)的柔性公共电极(4)，所述柔性公共电极(4)内部开设有开口的与所述柔性倒锥体组件(2)外形一致的第一腔体，所述柔性三角形激励电极(3)及柔性倒锥体组件(2)的一部分设置在所述柔性公共电极(4)的第一腔体内，所述柔性三角形激励电极(3)及柔性倒锥体组件(2)与所述柔性公共电极(4)的第一腔体内壁无接触形成空气腔；

所述柔性倒锥体组件(2)的尺寸小于所述柔性公共电极(4)的第一腔体的尺寸大小，所述柔性倒锥体组件(2)通过硅橡胶粘结在所述托盘(12)未设置所述半球型凸起(11)一侧的中心位置；

所述柔性三角形激励电极的个数为4N个，N为正整数；当所述柔性倒锥体组件(2)为圆锥体时，所述柔性三角形激励电极(3)为有弧度与所述柔性倒锥体组件(2)外侧面贴合的扇形，当柔性倒锥体组件(2)为多面棱锥时，所述柔性三角形激励电极(3)为三角形，多面棱锥的柔性倒锥体组件(2)的每个侧面上设置一个柔性三角形激励电极(3)，所述柔性三角形激励电极(3)外表面设置有硅橡胶层，每个所述柔性三角形激励电极(3)上连接有用于做激励端的导线。

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器，其特征在于，还包括与所述柔性公共电极(4)外表面相连用于支撑所述柔性公共电极以及半球型触头(1)的柔性基底(5)。

3.根据权利要求2所述的一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器，其特征在于，所述柔性基底(5)内部开设有开口的第二腔体，所述第二腔体的形状与所述柔性公共电极(4)的外形一致，所述柔性公共电极(4)嵌合在所述柔性基底的第二腔体内壁上，所述柔性基底(5)的第二腔体的顶面外缘与所述托盘(12)下底面的外缘通过硅橡胶粘结固定。

4.根据权利要求2所述的一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器，其特征在于，所述柔性基底(5)呈长方体，所述柔性基底的长宽尺寸与所述托盘(12)的长宽尺寸一致。

5.根据权利要求2所述的一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器，其特征在于，所述柔性公共电极(4)的高度小于所述柔性基底(5)第二腔体的高度，所述柔性公共电极(4)上连接有与地面相接的用于做公共电极的导线，所述柔性公共电极(4)的每个侧表面通过硅橡胶作为粘接剂粘结于所述柔性基底(5)第二腔体的每个内侧面。

6.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器，其特征在于，所述半球型触头(1)、柔性基底(5)、柔性倒锥体组件(2)采用的材料为硅橡胶或聚二甲基硅氧烷，所述柔性公共电极(4)、柔性三角形激励电极(3)采用的材料为有机硅导电银胶、导电聚合物、或导电复合材料。

7.根据权利要求1所述的一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器，其特征在于，所述柔性倒锥体组件(2)、柔性公共电极(4)的形状为倒四棱锥形。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的高灵敏度的柔性三维力触觉传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用3D打印技术打印出柔性基底模具、柔性倒锥体组件模具、柔性公共电极模具以及半球型触头模具；

向柔性基底模具、柔性倒锥体组件模具、半球型触头模具中注入硅橡胶材料或聚二甲基硅氧烷(PDMS），向柔性公共电极模具中注入有机硅导电银胶(YC-02)、导电聚合物、或导电复合材料，待其固化后脱模，制得柔性基底、半球型触头、柔性倒锥体组件和柔性公共电极；

在制成的柔性倒锥体组件侧表面中心均匀涂抹有机硅导电银胶、导电聚合物、或导电复合材料，静置固化后，形成柔性三角形激励电极，在柔性三角形激励电极表面涂抹硅橡胶；

使用硅橡胶作粘接剂，将制得的部件进行组装。