[发明专利]一种柔性多维力传感器、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种柔性多维力传感器，其特征在于，包括自上而下设置的封装层(1)、屏蔽层(2)、曲面结构层(3)、摩擦层(4)、电极层(5)和基底层(6)；

所述曲面结构层(3)包括设置在中央的柔性曲面结构部(101)、围绕该柔性曲面结构部(101)设置的柔性支撑部(102)和涂覆于柔性曲面结构部(101)凸起表面上的感应电极(103)；所述柔性支撑部(102)与摩擦层(4)连接，该柔性支撑部(102)的高度满足使得所述柔性曲面结构部(101)的凸起最大处与所述摩擦层(4)相切；所述柔性支撑部(102)、柔性曲面结构部(101)与摩擦层(4)之间围成空腔(7)；

所述电极层(5)包括至少2个间隔设置的扇形电极，该些至少2个扇形电极构成的图形与所述柔性曲面结构部(101)的投影大小相同；

当传感器表面受到多维力作用时，其垂直于摩擦层的压力分量使得柔性曲面结构部(101)与摩擦层(4)表面产生接触；平行于摩擦层的剪切力分量，使得柔性曲面结构部(101)与至少两个扇形电极的接触位置发生改变。

2.如权利要求1所述的柔性多维力传感器，其特征在于，所述柔性曲面结构部(101)为以垂直于球体直径的方向截取的部分球体，该截取的部分球体不超过整个球体的一半。

3.如权利要求2所述的柔性多维力传感器，其特征在于，所述整个球体的半径为10.6-50.7毫米。

4.如权利要求1所述的柔性多维力传感器，其特征在于，所述至少2个扇形电极为至少2个全等对称设置的扇形电极。

5.如权利要求1所述的柔性多维力传感器，其特征在于，所述柔性多维力传感器的厚度为1200微米-2000微米。

6.如权利要求1所述的柔性多维力传感器，其特征在于，所述柔性曲面结构部(101)、所述柔性支撑部(102)、所述摩擦层(4)、所述封装层(1)、所述基底层(6)的材料为PDMS、Eco-flex、TPU、POE、EVA或EPDM。

7.如权利要求1-6任一项所述的柔性多维力传感器，其特征在于，所述摩擦层(4)的表面粗糙结构由P600-P1500的砂纸倒模得到。

8.如权利要求1-6任一项所述的柔性多维力传感器，其特征在于，所述电极层(5)和所述感应电极(103)的材料为银纳米线、铜、金或导电水凝胶。

9.如权利要求1-8任一项所述的柔性多维力传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

采用倒模技术得到曲面结构层(3)中的柔性曲面结构部(101)和柔性支撑部(102)，在柔性曲面结构部(101)和柔性支撑部(102)上喷涂屏蔽层(2)，待屏蔽层(2)固化后，在屏蔽层(2)表面旋涂封装层(1)；采用掩膜技术在柔性曲面结构部(101)的凸起表面溅射感应电极(103)；

在一基板上旋涂摩擦层(4)并固化，采用掩膜技术在摩擦层(4)上喷涂或溅射电极层(5)，在电极层(5)上旋涂基底层(6)后，将摩擦层(4)、电极层(5)和基底层(6)从基板上剥离；

将所述柔性支撑部(102)与摩擦层(4)表面进行粘接，得到所述传感器。

10.如权利要求1-8任一项所述的柔性多维力传感器的应用，其特征在于，用于机器人电子皮肤领域。