[发明专利]一种差分电容式触觉传感器

权利要求书

1.一种差分电容式触觉传感器，包括：表面凸起层（1）、压力传导连接件（2）、弹性层（3）、上层壳体（4）、上层电容传感单元（13）、中间连接件（8）、下层电容传感单元（14）及下层壳体（12），其特征在于，所述的表面凸起层（1）下表面面积与上层壳体（4）和下层壳体（12）面积一致，上表面比下表面小；所述的压力传导连接件（2）上表面与表面凸起层（1）相连，所述的压力传导连接件（2）下表面带有一个立柱，所述的压力传导连接件（2）的立柱穿过弹性层（3）、上层壳体（4）及上层电容传感单元（13）中央小孔与中间连接件（8）相连；所述的弹性层（3）带有四棱台阵列结构，所述的弹性层（3）下表面与上层壳体（4）相连，所述的弹性层（3）下表面与压力传导连接件（2）相连，所述的弹性层（3）中间有方形小孔供压力传导连接件（2）通过；所述的上层壳体（4）和下层壳体（12）形状大小完全一致，所述的上层壳体（4）中央有一方形小孔供压力传导连接件（2）通过，方形小孔的中心与壳体中心重合；所述的上层电容传感单元（13）和下层电容传感单元（14）结构完全对称，传感单元介电层采用四棱台阵列结构上层电容传感单元（13）与下层电容传感单元（14）通过中间连接件（8）连接；所述的中间连接件（8）形状大小与压力传导连接件（2）对称，所述的中间连接件（8）中间带有方形立柱，通过立柱与压力传导连接件（2）配合连接；

所述的上层电容传感单元（13）由上层上电极板（5）、上层介电层（6）及上层下电极板（7）依次堆叠组合而成；所述的下层电容传感单元（14）由下层上电极板（9）、下层介电层（10）及下层下电极板（11）依次堆叠组合而成；

所述的上层下电极板（7）和下层上电极板（9）分别与中间连接件（8）的上下表面连接，压力传导连接件（2）通过中间的长方体立柱将传感器收到的压力传导至中间连接件（8），并使得其向下带动上层下电极板（7）和下层上电极板（9）位移，此时上层电容传感单元（13）电容量减小，下层电容传感单元（14）电容量增大，形成电容差分。

2.如权利要求1所述的一种差分电容式触觉传感器，其特征在于，所述的表面凸起层（1）由PDMS聚二甲基硅氧烷材料制作，凸起部分位于整个传感器最上层。

3.如权利要求1所述的一种差分电容式触觉传感器，其特征在于，电容传感单元的电容极板，包括：上层上电极板（5）、上层下电极板（7）、下层上电极板（9）及下层下电极板（11），所述电容极板采用PET聚脂薄膜柔性材料制作，形状为具有一定厚度的长方体，并分别在上层PET的下表面和下层PET的上表面沉积四个上下左右对称的正方形金属Cu作为电极。

4.如权利要求1所述的一种差分电容式触觉传感器，其特征在于，所述的上层介电层（6）和下层介电层（10）均采用PDMS材料制作，介电层结构均为四棱台阵列结构，四棱台之间有一定间隔，衬底设计为具有一定厚度的长方体，与上下极板面积一致。

5.如权利要求1所述的一种差分电容式触觉传感器，其特征在于，所述的弹性层（3）采用PDMS材料制作，其中间采用四棱台阵列结构，四周增加了一定厚度的长方体限制电容极板在水平方向的移动。

6.如权利要求1所述的一种差分电容式触觉传感器，其特征在于，所述的上层壳体（4）和下层壳体（12）采用光敏树脂3D打印制成，所述的上层壳体（4）用于连接并固定上层上电极板（5），下层壳体（12）用于固定下层下电极板（11）。

7.如权利要求1所述的一种差分电容式触觉传感器，其特征在于，所述的压力传导连接件（2）和中间连接件（8）采用光敏树脂3D打印制成，压力传导连接件（2）和中间连接件（8）通过中间长方体配合连接。

8.如权利要求1所述的一种差分电容式触觉传感器，其特征在于，所述的弹性层（3）、上层壳体（4）、上层上电极板（5）、上层介电层（6）、上层下电极板（7）、下层上电极板（9）及下层下电极板（11）中央均有一方形小孔，小孔尺寸与压力传导连接件（2）和中间连接件（8）中间的长方体立柱尺寸相同，其中弹性层（3）、上层壳体（4）、上层上电极板（5）、上层介电层（6）及上层下电极板（7）中央的小孔用于连接件通过，下层上电极板（9）和下层下电极板（11）中央的小孔用于保证下层电容传感单元（14）与上层电容传感单元（13）极板面积和初始电容量一致。