[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

说明书

本发明公开了一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器及制备方法，包括半球型触头，所述半球型触头包括表面开设有凹槽的托盘，以及设置在所述凹槽内的半球型凸起，所述凹槽与托盘上表面的连接处呈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，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；包围部分所述柔性三角形激励电极的柔性公共电极，所述柔性公共电极内部开设有开口的与所述柔性倒锥体组件外形一致的第一腔体，所述柔性三角形激励电极及柔性倒锥体组件的一部分设置在所述柔性公共电极的第一腔体内，所述柔性三角形激励电极及柔性倒锥体组件与所述柔性公共电极的第一腔体内壁无接触形成空气腔。

技术领域

本发明涉及三维力触觉传感器领域，具体是一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器及制备方法。

背景技术

目前对于机器人作业的智能化和精细化程度不断提高，机器人的制作要求也越来越严苛，国内外学者便将响应速度更快、灵敏度更高、检测范围更宽、耐用性更加优良作为柔性三维力柔性触觉传感器的研究方向。

目前国内外对柔性三维力触觉传感器已有一定的研究，但大多都是关于传感器制备材料方面的改进。传感器的基本工作原理主要集中于电容式、压阻式和光电式三个方向，原理较为简单，但要想设计一个新颖的结构仍比较困难。柔性三维力触觉传感器的研究包括柔性传感器技术、柔性材料制备及成型技术、耐用性研究等，其关键问题主要体现在以下几个方面：（1）柔性三维力触觉传感器测量精度不高，测量范围较小。（2）柔性三维力触觉传感器测量响应速度慢。（3）柔性三维力触觉传感器易损耗，难以修复。因此，采用复合导电材料及高耐用性柔性材料，发散创新思维设计新型可靠的结构，从而提高传感器的优良性能，将是柔性三维力触觉传感器发展的主流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器，包括：

半球型触头，所述半球型触头包括表面开设有凹槽的托盘，以及设置在所述凹槽内的半球型凸起，所述凹槽与托盘上表面的连接处呈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，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，所述柔性倒锥体组件为圆锥体或面数为4的倍数的多面棱锥；

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

作为本发明进一步的方案：还包括与所述柔性公共电极外表面相连用于支撑所述柔性公共电极以及半球型触头的柔性基底。

作为本发明进一步的方案：所述柔性基底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的外形一致，所述柔性公共电极设置在所述柔性基底的第二腔体内壁上，所述柔性基底的第二腔体的顶面外缘与所述托盘下底面的外缘通过硅橡胶粘结固定。

作为本发明进一步的方案：所述柔性基底呈长方体，所述柔性基底的长宽尺寸与所述托盘的长宽尺寸一致。

作为本发明进一步的方案：所述柔性公共电极的高度小于所述柔性基底第二腔体的高度，所述柔性公共电极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第二腔体的每个内侧面。

作为本发明进一步的方案：所述柔性倒锥体组件的尺寸小于所述柔性公共电极的第一腔体的尺寸大小，所述柔性倒锥体组件通过硅橡胶粘结在所述托盘未设置所述半球型凸起一侧的中心位置。