柔性触觉传感装置、制造方法、系统以及触觉检测方法制造方法及图纸

本公开涉及一种柔性触觉传感装置、制造方法、系统以及触觉检测方法。所述柔性触觉传感装置包括：柔性基底，包括柔性底座以及设置在柔性底座上的柔性凸起；触觉传感组件，包括应变片和支撑片，应变片与支撑片成固定角度，其中，支撑片包含于柔性底座中，应变片至少部分地嵌入柔性凸起的侧表面中。根据本公开的各方面的柔性触觉传感装置，将应变片与柔性基底集成为一体，能够在柔性凸起受到应变载荷时，通过应变片的通过应变片的电阻变化来检测柔性凸起受到的应变载荷。

【技术实现步骤摘要】
柔性触觉传感装置、制造方法、系统以及触觉检测方法
本公开涉及传感
，尤其涉及一种柔性触觉传感装置、制造方法、系统以及触觉检测方法。
技术介绍
让机器人具有像人一样可以触摸和感知外界环境的功能，是机器人的重要发展方向之一。目前，基于传统的机械系统，大部分机器人已经初具人的骨架和外形，并且可以完成很多类似人的基本动作。为了在基本运动能力的基础上实现机器人的智能化，机器人需要具有像人一样的感知外界环境的能力，比如视觉、听觉以及触觉等。其中触觉是智能机器人感知外界信息非常重要的一种途径。通过触觉感知，机器人可以更加准确地获取周边物体的外形特征，在抓取操作等任务的过程中，能够更好地控制加持力以完成一些特殊物品的精准抓取任务，不会因为加持力不当而损坏物品。同样在医疗领域，让人工义肢拥有触觉感知能力，像真正的人体四肢一样可以运动的同时兼具触摸感知能力也是医学上一直以来的努力方向。随着材料科学，微电子技术等学科的发展，制备具有类似人体皮肤功能的电子皮肤成为可能。电子皮肤有着与真正的皮肤有着相近的弹性模量，并具备基本的触觉感知功能，在机器人的触觉感知，医疗上的人工义肢，以及人机交互等众多方面有着重要应用。与传统的硅基传感器相比，在功能上可比拟外，电子皮肤像人体皮肤一样柔软，具备高韧度甚至可拉伸。目前，触觉传感器按照传感原理主要分为电阻式传感器和电容式传感器。电容式传感器通过检测两极板间的电容输出变化来反应力的大小，它的问题在于易受寄生电容的干扰，且线性度和重复性差。电阻式传感器通常利用应变片原理或者利用导电聚合物的压阻效应，且与复杂多维力分析传感器难以集成，尤其与含有柔性基底的传感器中难以集成，机械加工困难。并且，电阻式传感器和电容式传感器难以区分压力和摩擦力的造成的应变载荷。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提出了一种柔性触觉传感装置、制造方法、系统以及触觉检测方法。根据本公开的一方面，提出了一种柔性触觉传感装置，包括：柔性基底和触觉传感组件，所述柔性基底包括柔性底座以及设置在所述柔性底座上的柔性凸起；所述触觉传感组件包括应变片和支撑片，所述应变片与所述支撑片成固定角度，其中，所述支撑片包含于所述柔性底座中，所述应变片至少部分地嵌入所述柔性凸起的侧表面中。在一种可能的实现方式中，所述触觉传感组件还包括固定片，所述固定片嵌入所述柔性底座中，所述固定片包括第一衬底层和第二衬底层，其中，所述支撑片包括第一衬底层和第二衬底层，所述应变片包括所述第一衬底层、金属层和所述第二衬底层，所述金属层处于第一衬底层和所述第二衬底层中间。根据本公开的另一方面，提出了一种柔性触觉传感装置的制造方法，其特征在于，包括：根据第一图形，对衬底层进行刻蚀，形成第一衬底层；根据第二图形，在所述第一衬底层上形成金属层；在所述金属层上方生成与所述第一衬底层形状相同的第二衬底层，形成平面触觉传感组件，所述平面的触觉传感组件包括应变片和支撑片，所述支撑片包括第一衬底层和第二衬底层，所述应变片包括所述第一衬底层、金属层和所述第二衬底层；使所述平面触觉传感组件发生形变，使得所述应变片与所述支撑片成固定角度，形成触觉传感组件；对所述触觉传感组件进行浇筑，形成柔性触觉传感装置。在一种可能的实现方式中，根据第一图形，对衬底层进行刻蚀，形成第一衬底层，包括：在所述衬底层上生成掩膜保护层；根据所述第一图形，对所述掩膜保护层进行光刻，使所述掩膜保护层暴露出所述衬底层的待刻蚀部分；对所述待刻蚀部分进行刻蚀；去除所述掩膜保护层，形成所述第一衬底层。在一种可能的实现方式中，根据第二图形，在所述第一衬底层上形成金属层，包括：在所述第一衬底层上依次生成镉膜和金膜；根据所述第二图形，对所述镉膜和所述金膜进行光刻处理，形成所述金属层。在一种可能的实现方式中，在所述金属层上方生成与所述第一衬底层形状相同的第二衬底层，包括：使用与所述第一衬底层相同的材料在所述金属层上方进行浇筑，生成与所述第一衬底层形状相同的第二衬底层。根据本公开的另一方面，提出了一种触觉检测方法，其特征在于，包括：根据柔性触觉传感装置的应变片的电阻变化率，确定所述柔性触觉传感装置的柔性凸起受到的压力和摩擦力；根据所述压力和摩擦力，确定所述柔性触觉传感装置受到的应变载荷。在一种可能的实现方式中，根据柔性触觉传感装置的应变片的电阻变化率，确定所述柔性触觉传感装置的柔性凸起受到的压力和摩擦力，包括：根据检测到的所述应变片的电阻，确定所述应变片的电阻变化率；根据所述电阻变化率、所述应变片的灵敏系数、所述柔性凸起的弹性模量以及所述柔性凸起的尺寸确定所述柔性触觉传感装置的柔性凸起受到的摩擦力；根据所述电阻变化率、所述应变片的灵敏系数以及所述柔性凸起的尺寸确定所述柔性触觉传感装置的柔性凸起受到的压力。根据所述压力和摩擦力，确定所述柔性触觉传感装置受到的应变载荷，包括：根据所述压力、所述摩擦力、所述柔性凸起的尺寸以及所述柔性凸起的弹性模量，确定所述柔性触觉传感装置受到的应变载荷。根据本公开的另一方面，提出了一种柔性触觉传感系统，包括一个或多个所述柔性触觉传感装置。根据本公开的实施例的柔性触觉传感装置、制造方法、系统以及触觉检测方法，将应变片与柔性基底集成为一体，能够在柔性凸起受到应变载荷时，通过应变片的电阻变化来检测柔性凸起受到的应变载荷，能够准确识别压力和摩擦力造成的应变载荷，提高触觉检测的精度。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的示意图；图2是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的主视图；图3是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的侧视图；图4是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的制造方法的流程图；图5是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的制造方法的步骤S41的流程图；图6是根据一示例性实施例示出的第一图形的形状的示意图；图7为根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的制造方法的步骤S42的流程图；图8是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的制造方法的步骤S43的流程图；图9A-图9D是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的制造方法的步骤S44的示意图；图10A-图10B是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感装置的制造方法的步骤S45的示意图；图11是根据一示例性实施例示出的触觉检测方法的流程图；图12是根据一示例性实施例示出的触觉检测方法的步骤S51的流程图；图13是根据一示例性实施例示出的触觉检测方法的步骤S52的流程图；图14是根据一示例性实施例示出的柔性触觉传感系统的示意图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性触觉传感装置，其特征在于，包括：柔性基底和触觉传感组件，所述柔性基底包括柔性底座以及设置在所述柔性底座上的柔性凸起；所述触觉传感组件包括应变片和支撑片，所述应变片与所述支撑片成固定角度，其中，所述支撑片包含于所述柔性底座中，所述应变片至少部分地嵌入所述柔性凸起的侧表面中。

【技术特征摘要】
1.一种柔性触觉传感装置，其特征在于，包括：柔性基底和触觉传感组件，所述柔性基底包括柔性底座以及设置在所述柔性底座上的柔性凸起；所述触觉传感组件包括应变片和支撑片，所述应变片与所述支撑片成固定角度，其中，所述支撑片包含于所述柔性底座中，所述应变片至少部分地嵌入所述柔性凸起的侧表面中。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述触觉传感组件还包括固定片，所述固定片嵌入所述柔性底座中，所述固定片包括第一衬底层和第二衬底层，其中，所述支撑片包括第一衬底层和第二衬底层，所述应变片包括所述第一衬底层、金属层和所述第二衬底层，所述金属层处于第一衬底层和所述第二衬底层中间。3.一种柔性触觉传感装置的制造方法，其特征在于，包括：根据第一图形，对衬底层进行刻蚀，形成第一衬底层；根据第二图形，在所述第一衬底层上形成金属层；在所述金属层上方生成与所述第一衬底层形状相同的第二衬底层，形成平面触觉传感组件，所述平面的触觉传感组件包括应变片和支撑片，所述支撑片包括第一衬底层和第二衬底层，所述应变片包括所述第一衬底层、金属层和所述第二衬底层；使所述平面触觉传感组件发生形变，使得所述应变片与所述支撑片成固定角度，形成触觉传感组件；对所述触觉传感组件进行浇筑，形成柔性触觉传感装置。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据第一图形，对衬底层进行刻蚀，形成第一衬底层，包括：在所述衬底层上生成掩膜保护层；根据所述第一图形，对所述掩膜保护层进行光刻，使所述掩膜保护层暴露出所述衬底层的待刻蚀部分；对所述待刻蚀部分进行刻蚀；去除所述掩膜保护层，形成所述第一衬底层。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，梁紫微，赵倩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11