專利名稱：人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于機(jī)器人的三維力觸覺(jué)傳感器。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，觸覺(jué)傳感器的研究已受到越來(lái)越多的關(guān)注。目前對(duì)單維力傳感器的研究較為成熟，但是作為機(jī)器人的智能皮膚，不僅需要傳感器能實(shí)現(xiàn)對(duì)表面垂直壓力的檢測(cè)，同時(shí)也需要傳感器能夠檢測(cè)水平方向的剪切力。如機(jī)器人握持物體時(shí)，需要感知切向力，同時(shí)感知正向壓力。當(dāng)機(jī)器人接觸一些表面不規(guī)則的物體時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)三維方向甚至多維方向力的探測(cè)。三維力觸覺(jué)傳感器的研制已經(jīng)成為智能機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研制出多種三維力傳感器，用于機(jī)器人皮膚。日本的VanA H等人利用MEMS技術(shù)在十字梁結(jié)構(gòu)上黏貼壓敏薄膜電阻的方式制成了用于機(jī)器人手指的三維力觸覺(jué)傳感器；臺(tái)灣國(guó)立成功大學(xué)的Huang等人利用彎曲的鉬/鈦薄膜，將其一段固定并布置成十字梁結(jié)構(gòu)，制成了用于檢測(cè)垂直力和剪切力的觸覺(jué)傳感器；臺(tái)灣國(guó)立清華大學(xué)的Su等人在硅基體上生成各向異性的碳納米管，并將其轉(zhuǎn)移并旋圖到PDMS上制成了可檢測(cè)垂直力和剪切力的柔性觸覺(jué)傳感器；這些用于測(cè)量三維力信息的傳感器主要采用金屬或金屬氧化物十字梁或半導(dǎo)體材料等，這些材料都是剛性材料，不具有柔性。Chen等人以PDMS和PET為基體材料，ITO作為電極制成了可檢測(cè)垂直和剪切力的柔性電容式觸覺(jué)傳感器；中科大合肥智能機(jī)械研究所的徐菲等人以炭黑/硅橡膠為基體材料，并在材料內(nèi)部上下層布線成十字交叉結(jié)構(gòu)，制成了三維力柔性觸覺(jué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維力的檢測(cè)。這種利用導(dǎo)電橡膠制作的三維力傳感器雖具有一定的柔性，但其電極與力敏材料雙面接觸的形式特點(diǎn)，致使傳感器制作過(guò)程有很大困難，并且在穩(wěn)定性以及靈敏度上并不可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為智能機(jī)器人人工敏感皮膚提供一種柔性好、精度高、性能穩(wěn)定的柔性的人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器。本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在柔性電路板上，四個(gè)相同的叉指電極處在同一平面上互成90°對(duì)稱排布；在所述各叉指電極上覆蓋壓敏材料層分別形成電阻Rp電阻R2、電阻R3和電阻R4,在所述壓敏材料層的上表面覆蓋有半球形觸頭構(gòu)成設(shè)置在被檢測(cè)區(qū)域表面的三維力觸覺(jué)傳感單元。本發(fā)明人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述各三維力觸覺(jué)傳感單元在被檢測(cè)區(qū)域表面呈陣列排布構(gòu)成三維力觸覺(jué)傳感器。所述壓敏材料層是以柔性壓敏導(dǎo)電橡膠為材質(zhì)，所述柔性壓敏導(dǎo)電橡膠是在硅橡膠中填充炭黑。 所述半球形觸頭是以聚乙烯為材質(zhì)。在所述三維力觸覺(jué)傳感單元中，所述壓敏材料層獨(dú)立覆蓋在每一單個(gè)的叉指電極上，在所述各叉指電極上所覆蓋的壓敏材料層之間是以硅橡膠連接為一體結(jié)構(gòu)。所述三維力觸覺(jué)傳感單元中三維力按下式解析獲得
權(quán)利要求
1.人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器，其特征是在柔性電路板(3)上，四個(gè)相同的叉指電極(4)處在同一平面上互成90°對(duì)稱排布；在所述各叉指電極(4)上覆蓋壓敏材料層⑵分別形成電阻R1、電阻R2、電阻R3和電阻R4，在所述壓敏材料層⑵的上表面覆蓋有半球形觸頭(I)構(gòu)成設(shè)置在被檢測(cè)區(qū)域表面的三維力觸覺(jué)傳感單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器，其特征是所述各三維力觸覺(jué)傳感單元在被檢測(cè)區(qū)域表面呈陣列排布構(gòu)成三維力觸覺(jué)傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器，其特征是所述壓敏材料層(2)是以柔性壓敏導(dǎo)電橡膠為材質(zhì)，所述柔性壓敏導(dǎo)電橡膠是在硅橡膠中填充炭黑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器，其特征是所述半球形觸頭(I)是以聚乙烯為材質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器，其特征是在所述三維力觸覺(jué)傳感單元中，所述壓敏材料層獨(dú)立覆蓋在每一單個(gè)的叉指電極上，在所述各叉指電極上所覆蓋的壓敏材料層之間是以硅橡膠連接為一體結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器，其特征是所述三維力觸覺(jué)傳感單元中三維力按下式解析獲得
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了人工皮膚用四叉指電極式三維力觸覺(jué)傳感器，其特征是在柔性電路板上，四個(gè)相同的叉指電極處在同一平面上互成90°對(duì)稱排布；在各叉指電極上覆蓋壓敏材料層分別形成電阻R1、R2、R3和R4，在壓敏材料層的上表面覆蓋有半球形觸頭構(gòu)成設(shè)置在被檢測(cè)區(qū)域表面的三維力觸覺(jué)傳感單元。
文檔編號(hào)G01L1/22GK102928137SQ20121045711
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者黃英, 楊慶華, 繆偉, 張玉剛, 劉彩霞, 劉秀梅, 李銳琦 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)