一种人工皮肤及其检测压力、温湿度和调节温度的方法技术

本发明专利技术公开了一种人工皮肤，包括信号采集部分和后端电路，信号采集部分包括至少一个检测单元，检测单元包括湿度敏感材料层和压电材料层；湿度敏感材料层和压电材料层之间设有具有间隔的第三电极和第六电极；第三电极和压电材料层之间设置有具有间隔的第一电极和第二电极，第三电极和第一电极之间设置有N极化半导体材料层，第三电极和第二电极之间设置有P极化半导体材料层；第六电极和压电材料层之间设置有具有间隔的第四电极和第五电极，第六电极和第四电极之间设置有N极化半导体材料层，第六电极和第五电极之间设置有P极化半导体材料层。本发明专利技术结构简单，不但具备压力和温湿度检测功能，还具备调节温度的功能，适用于人工智能技术领域。

Artificial skin and its method for detecting pressure, temperature and humidity and adjusting temperature

The invention discloses an artificial skin, including a signal acquisition part and a back-end circuit. The signal acquisition part comprises at least one detection unit, which comprises a humidity-sensitive material layer and a piezoelectric material layer; a third electrode and a sixth electrode with a spacer are arranged between the humidity-sensitive material layer and the piezoelectric material layer; and a third electricity. A first electrode and a second electrode with spacing are arranged between the electrode and the piezoelectric material layer, a N-polarized semiconductor material layer is arranged between the third electrode and the first electrode, a P-polarized semiconductor material layer is arranged between the third electrode and the second electrode, and a fourth electrode and a piezoelectric material layer with spacing are arranged between the sixth electrode and the piezoelectric material layer. A N-polarized semiconductor material layer is arranged between the sixth electrode and the fourth electrode, and a P-polarized semiconductor material layer is arranged between the sixth electrode and the fifth electrode. The invention has simple structure, not only has the function of detecting pressure, temperature and humidity, but also has the function of adjusting temperature, and is suitable for the field of artificial intelligence technology.

【技术实现步骤摘要】
一种人工皮肤及其检测压力、温湿度和调节温度的方法
本专利技术属于人工智能
，涉及一种人工智能皮肤，具体地说是一种人工皮肤及其检测压力、温湿度和调节温度的方法。
技术介绍
随着机器人和电子医疗技术的高速发展，人工智能皮肤受到广泛的关注。人工智能皮肤是用功能性材料来模仿人体皮肤的产品。传统的人工智能皮肤大都采用传感器等电路结构采集信号，结构复杂不利于小型化和集成化，不宜扩展到大面积，并且检测灵敏度低、不具备智能检测功能。公开号为CN107374780A的中国专利技术专利公开了一种人工智能皮肤及其检测温湿度和压力的方法，该项技术的人工智能皮肤的信号采集部分包括的层数太多，结构复杂，同时其不具备调节温度的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种人工皮肤，其结构简单、检测精确度高，不但具备检测压力和温湿度的功能，还具有温度反馈功能；本专利技术的另外一个目的是提供利用上述人工皮肤实现的检测压力、温湿度和调节温度的方法。本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案如下：一种人工皮肤，包括信号采集部分和后端电路，所述信号采集部分包括至少一个检测单元，所述检测单元包括湿度敏感材料层和压电材料层；所述湿度敏感材料层和压电材料层之间设置有具有间隔的第三电极和第六电极；所述第三电极和压电材料层之间设置有具有间隔的第一电极和第二电极，第三电极和第一电极之间设置有N极化半导体材料层，第三电极和第二电极之间设置有P极化半导体材料层；所述第六电极和压电材料层之间设置有具有间隔的第四电极和第五电极，第六电极和第四电极之间设置有N极化半导体材料层，第六电极和第五电极之间设置有P极化半导体材料层；所述第三电极和第六电极均为温敏电极，第三电极作为第一温度检测组，第六电极作为第二温度检测组，第三电极和第六电极利用边缘效应形成电容，第三电极和第六电极之间的湿度敏感材料层作为所述电容的介电层，所述电容作为湿度检测组；所述第一电极结合压电材料层形成第一压力检测组，第二电极结合压电材料层形成第二压力检测组，第四电极结合压电材料层形成第三压力检测组，第五电极结合压电材料层形成第四压力检测组；所述第三电极、第二电极、第一电极结合三者所对应的N极化半导体材料层、P极化半导体材料层一起组成具有热电效应且用于调节温度的第一调温组；所述第六电极、第四电极、第五电极结合三者所对应的N极化半导体材料层、P极化半导体材料层一起组成具有热电效应且用于调节温度的第二调温组。作为限定：所述第六电极和第三电极的结构完全相同，第一电极和第二电极的结构完全相同，第四电极和第五电极的结构完全相同。一种检测压力、温湿度的方法，利用上述的人工皮肤实现，该方法包括依次进行的以下步骤：一、在第三电极和第六电极上分别施加一直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号，在第三电极和第六电极两端施加一交流电流信号/交流电压信号；二、当第一电极/第二电极/第四电极/第五电极对应的人工皮肤外表面的压力发生变化时，压电材料层表面产生电荷，当第三电极/第六电极所对应的人工皮肤外表面的温度发生变化时，第三电极/第六电极的电阻率发生变化从而引起第三电极/第六电极的阻值发生变化，第一温度检测组/第二温度检测组将包含所述电阻值变化信息的直流电流信号/直流电压信号/正负相间的方波信号输出至后端电路，当第三电极和第六电极所对应的人工皮肤外表面的湿度发生变化时，二者之间的湿度敏感材料层的介电常数发生变化从而引起湿度检测组的电容的容值发生变化，湿度检测组将包含所述电容值变化信息的交流电流信号/交流电压信号输出至后端电路；三、后端电路收集步骤二中压电材料层表面产生的电荷并进一步处理形成交流模拟电信号并处理计算出其所对应的压力值，后端电路将所述含有电阻值变化信息的电信号处理并计算出其所对应的温度值，后端电路将含有所述互感电容信息的电信号处理并计算得出其所对应的湿度值。一种调节温度的方法，利用上述的人工皮肤实现，该方法包括以下步骤：（一）在第一电极和第二电极两端施加一直流电压信号，在第四电极和第五电极两端施加一直流电压信号；（二）调节第一电极和第二电极两端的电压值，二者所对应的N极化半导体材料层和P极化半导体材料层中产生电荷堆积，进而引起第三电极的温度值发生相应的变化；调节第四电极和第五电极两端的电压值，二者所对应的N极化半导体材料层和P极化半导体材料层中产生电荷堆积，进而引起第六电极的温度值发生相应的变化。本专利技术由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：（1）本专利技术的人工皮肤结构简单，检测精确度高；（2）本专利技术与现有的人工皮肤相比，简化了结构，厚度降低，不但使人工皮肤的柔性和弹性增加，用途更加广泛，还减小了成本，便于大批量生产（3）本专利技术的人工皮肤采用包含N极化和P极化半导体材料组成具有热点效应的电路，使得本专利技术不但具备检测压力和温湿度的功能，还具备调节温度的功能；（4）本专利技术采用第三电极和第六电极一方面用于组成温度检测组，另一方面用于组成湿度检测组，结构巧妙；（5）本专利技术不但公开了利用所述人工皮肤检测温湿度和压力的方法，还提供了利用其调节温度的方法，在人工皮肤
具有开拓性。本专利技术适用于人工智能
附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例1的纵切面结构示意图。图中：1、N极化半导体材料层，2、P极化半导体材料层。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1一种人工皮肤如图1所示，本实施例包括信号采集部分和后端电路，信号采集部分包括至少一个检测单元，检测单元包括湿度敏感材料层和压电材料层。湿度敏感材料层和压电材料层之间设置有结构相同的第三电极和第六电极，第三电极和第六电极之间具有间隔；第三电极和压电材料层之间设置有结构相同的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极之间具有间隔，第三电极和第一电极之间设置有N极化半导体材料层1，第三电极和第二电极之间设置有P极化半导体材料层2；第六电极和压电材料层之间设置有结构相同的第四电极和第五电极，第四电极和第五电极之间具有间隔，第六电极和第四电极之间设置有N极化半导体材料层1，第六电极和第五电极之间设置有P极化半导体材料层2。在本实施例中，第三电极和第六电极均为温敏电极，第三电极作为第一温度检测组，第六电极作为第二温度检测组，第三电极和第六电极利用边缘效应形成电容，第三电极和第六电极之间的湿度敏感材料层作为所述电容的介电层，所述电容作为湿度检测组；第一电极结合压电材料层形成第一压力检测组，第二电极结合压电材料层形成第二压力检测组，第四电极结合压电材料层形成第三压力检测组，第五电极结合压电材料层形成第四压力检测组；第三电极、第二电极、第一电极结合三者所对应的N极化半导体材料层、P极化半导体材料层一起组成具有热电效应且用于调节温度的第一调温组；第六电极、第四电极、第五电极结合三者所对应的N极化半导体材料层、P极化半导体材料层一起组成具有热电效应且用于调节温度的第二调温组。实施例2一种检测压力、温湿度的方法本实施例采用实施例1来实现，包括依次进行的以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工皮肤，包括信号采集部分和后端电路，其特征在于：所述信号采集部分包括至少一个检测单元，所述检测单元包括湿度敏感材料层和压电材料层；所述湿度敏感材料层和压电材料层之间设置有具有间隔的第三电极和第六电极；所述第三电极和压电材料层之间设置有具有间隔的第一电极和第二电极，第三电极和第一电极之间设置有N极化半导体材料层，第三电极和第二电极之间设置有P极化半导体材料层；所述第六电极和压电材料层之间设置有具有间隔的第四电极和第五电极，第六电极和第四电极之间设置有N极化半导体材料层，第六电极和第五电极之间设置有P极化半导体材料层；所述第三电极和第六电极均为温敏电极，第三电极作为第一温度检测组，第六电极作为第二温度检测组，第三电极和第六电极利用边缘效应形成电容，第三电极和第六电极之间的湿度敏感材料层作为所述电容的介电层，所述电容作为湿度检测组；所述第一电极结合压电材料层形成第一压力检测组，第二电极结合压电材料层形成第二压力检测组，第四电极结合压电材料层形成第三压力检测组，第五电极结合压电材料层形成第四压力检测组；所述第三电极、第二电极、第一电极结合三者所对应的N极化半导体材料层、P极化半导体材料层一起组成具有热电效应且用于调节温度的第一调温组；所述第六电极、第四电极、第五电极结合三者所对应的N极化半导体材料层、P极化半导体材料层一起组成具有热电效应且用于调节温度的第二调温组。...

【技术特征摘要】
1.一种人工皮肤，包括信号采集部分和后端电路，其特征在于：所述信号采集部分包括至少一个检测单元，所述检测单元包括湿度敏感材料层和压电材料层；所述湿度敏感材料层和压电材料层之间设置有具有间隔的第三电极和第六电极；所述第三电极和压电材料层之间设置有具有间隔的第一电极和第二电极，第三电极和第一电极之间设置有N极化半导体材料层，第三电极和第二电极之间设置有P极化半导体材料层；所述第六电极和压电材料层之间设置有具有间隔的第四电极和第五电极，第六电极和第四电极之间设置有N极化半导体材料层，第六电极和第五电极之间设置有P极化半导体材料层；所述第三电极和第六电极均为温敏电极，第三电极作为第一温度检测组，第六电极作为第二温度检测组，第三电极和第六电极利用边缘效应形成电容，第三电极和第六电极之间的湿度敏感材料层作为所述电容的介电层，所述电容作为湿度检测组；所述第一电极结合压电材料层形成第一压力检测组，第二电极结合压电材料层形成第二压力检测组，第四电极结合压电材料层形成第三压力检测组，第五电极结合压电材料层形成第四压力检测组；所述第三电极、第二电极、第一电极结合三者所对应的N极化半导体材料层、P极化半导体材料层一起组成具有热电效应且用于调节温度的第一调温组；所述第六电极、第四电极、第五电极结合三者所对应的N极化半导体材料层、P极化半导体材料层一起组成具有热电效应且用于调节温度的第二调温组。2.根据权利要求1所述的一种人工皮肤，其特征在于：所述第六电极和第三电极的结构完全相同，第一电极和第二电极的结构完全相同，第四电极和第五电极的结构完全相同。3.一种检测压力、温湿度的方法，利用权利要求1或2所述的人工皮肤实现，其特征在于该方法包括依次进行的以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：高硕，王伟宁，巩浩，
申请(专利权)人：北京中硕众联智能电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11