[发明专利]一种压阻式与电容式相融合的三维柔性触觉传感器

说明书

本发明公开了一种压阻式与电容式相融合的三维柔性触觉传感器，属于传感器技术领。本传感器由若干个压阻传感单元、若干个电容传感单元、包覆各传感单元的柔性绝缘层以及连接各传感单元的细导线组成；压阻传感单元由上下两层电极片以及中间一层压阻材料组成，用于测量法向力；电容传感单元由上下两层电极片以及中间一层介电层组成，用于测量切向力；柔性三维触觉传感器可同时测量法向力和切向力，结构简单，厚度薄，柔性好，可很好地贴附在人手皮肤表面且不影响手部动作，测量灵敏度高，可实现点阵功能，易于采集大量触觉数据以便分析人手触觉特征。本发明柔性三维触觉传感器成本低，适合批量生产，可应用于机器人、医疗、生物力学等领域。

技术领域

本发明涉及一种压阻式与电容式相融合的三维柔性触觉传感器，属于传感器技术领域。

背景技术

随着人工智能、机器人技术和智能感知识别技术的快速发展，机器人的触觉感知功能尚不能满足需要，需要触觉传感器采集的触觉信息。触觉传感器在人工假肢，机器皮肤，触摸屏，可穿戴电子器件等方面展现出巨大的应用前景。

广义的触觉包括接触觉、压觉、力觉、滑觉、冷热觉等，狭义的说它是人手与对象接触面上的力感觉。相比视觉传感器，触觉传感器具有分辨率高、成本低、可获取视觉无法获取的物体信息(如震动特性、热传递特性、机械特性)等优点。

人手与接触表面之间的法向力对于感知接触物体的硬度和形状属性以及获取人手接触物体时的按压特征非常重要，而人手与接触表面之间的切向力对于感知接触物体的表面粗糙度和材料属性以及获取人手揉搓动作的特征非常重要，所以需要能够同时采集人手接触物体时的法向力信息和切向力信息的三维触觉传感器。

与传统的触觉传感器相比，三维触觉传感器可以同时感知切向力与法向力，能够更好地实现立体的力感知；与传统的刚性触觉相比，柔性触觉传感器对于皮肤的贴附性较好，能有效降低传感器对于手部动作的影响。因此兼有柔性和三维力检测功能的柔性触觉传感器，将在医疗、生物力学等领域有广泛的应用前景。

目前的三维柔性触觉传感器，存在结构复杂、成本高、体积大等不足，难以贴附在手部皮肤表面，有必要创新三维柔性触觉传感器的结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种压阻式与电容式相融合的三维柔性触觉传感器，是融合压阻型传感器和电容型传感器，可同时测量法向力与切向力的三维柔性传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种压阻式与电容式相融合的三维柔性触觉传感器，包括若干个压阻传感单元、若干个电容传感单元、包覆各传感单元的柔性绝缘层以及连接各传感单元的细导线；所述压阻传感单元由上下两层的电极片以及中间一层压阻材料组成，压阻传感单元的电极片形状为圆形，压阻材料选用柔性可压缩材料，压阻传感单元的电极片与压阻材料之间用胶连接，压阻传感单元用于测量法向力；所述电容传感单元由上下两层的电极片以及中间一层介电层组成，电容传感单元的上下两层的电极片形状均为矩形，电容传感单元的上电极面积比电容传感单元的下电极面积小，且电容传感单元的上电极的矩形片的一条边与电容传感单元的下电极的矩形片一条边对齐，其余三边均与下电极矩形片的其余三边有间距，电介质选用介电常数较大且不可压缩的材料，电介质与电容传感单元的上电极形状大小相同且用胶与之固连而与电容传感单元的下电极不固连，电容传感单元用于测量切向力；压阻传感单元与电容传感单元之间由薄薄的柔性绝缘层连接，便于压阻传感单元与电容传感单元之间产生法向的相对位移，从而减小电容传感单元对压阻传感单元测量法向力的影响；所述柔性绝缘层具有与压阻和电容传感单元形状相对应的槽位以放置各传感单元，且利用自身所带粘性与所述两种传感单元固连；细导线也被用胶与压阻材料、电介质固连，并由柔性绝缘层自带的粘性固定位置。