一种全方向滑觉传感器制造技术

一种全方向滑觉传感器，包括上部结构和下部结构，上部结构为一带有圆环形裙边的圆柱形结构，上部结构的材料为柔性材料，裙边的下表面上设有上电极，下部结构包括压阻薄膜、多个下电极和将压阻薄膜及多个下电极覆盖的绝缘薄膜，多个下电极围绕于压阻薄膜的外侧并间隔分布，压阻薄膜位于多个下电极围绕的中心，圆柱形结构的下表面对准压阻薄膜，传感器受到剪切力作用时，上部结构向力的方向倾斜，使得上电极与下部的绝缘薄膜接触，从而上电极与绝缘薄膜下方的下电极感应出电信号，传感器受到法向压力作用时，压阻薄膜在法向上发生形变，从而其自身电阻值随之改变。该滑觉传感器不仅能识别任意方向上的滑动，还能测量滑动的速度和剪切力大小。

【技术实现步骤摘要】
一种全方向滑觉传感器
本技术涉及滑觉传感器，特别是涉及一种全方向滑觉传感器。
技术介绍
机械手在抓握物体时，需要实时监测机械手与所持物体接触表面间相对运动的情况，以便确定合适的握力值，在不损伤物体的前提下抓牢物体。滑觉传感器是一种主要用于检测机械手和所持物体之间滑动或预滑动的装置，其性能直接决定机器人能否成功完成柔性抓握任务。目前已开发出的滑觉传感器主要基于压电、压阻、电容等原理。一些滑觉传感器虽然能识别是否发生滑动，但是并不能测量滑动的方向和速度或者只能测量单个方向上滑动的方向和速度。
技术实现思路
本技术的主要目的在于弥补现有技术的不足，提供一种全方向滑觉传感器，该滑觉传感器不仅能识别任意方向上的滑动，还能测量滑动的速度和剪切力大小。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种全方向滑觉传感器，包括上部结构和下部结构，所述上部结构为一带有圆环形裙边的圆柱形结构，所述上部结构的材料为柔性材料，所述裙边的下表面上设有上电极，优选为一层覆盖所述裙边的下表面的等厚度的上电极，所述下部结构包括压阻薄膜、多个下电极和将所述压阻薄膜及所述多个下电极覆盖的绝缘薄膜，所述多个下电极围绕于所述压阻薄膜的外侧并间隔分布，所述压阻薄膜位于所述多个下电极围绕的中心区域，所述圆柱形结构的下表面对准并压紧所述压阻薄膜，所述压阻薄膜用于测量法向压力，所述上电极和所述下电极用于感应不同滑动方向引起的摩擦起电信号，所述传感器受到剪切力作用时，所述上部结构向力的方向倾斜，使得所述上电极与下部的所述绝缘薄膜接触，从而所述上电极与所述绝缘薄膜下方的下电极感应出电信号，所述传感器受到法向压力作用时，所述压阻薄膜在法向上发生形变，从而其自身电阻值随之改变。进一步地：所述多个下电极沿同一圆周间隔分布，所述压阻薄膜位于所述多个下电极围绕的圆心区域，其几何中心与所述多个下电极所在圆周的圆心重合。所述下电极为圆弧形电极，各圆弧形电极之间具有间隔，所述压阻薄膜上的测量端子通过所述间隔引出。所述圆柱形结构的直径为1-3毫米，高度为3-6毫米，所述圆环形裙边的直径为3-8毫米，厚度为0.3-1毫米，所述圆环形裙边的下表面距所述圆柱形结构的下表面高度为0.5-2毫米。所述下电极为圆弧形电极，所述下电极的内圆环直径为1.5-3.5毫米，外圆环直径为4-8毫米。所述上电极的材料为铝、铜或银，厚度为200纳米至50微米，所述下电极的材料为金属或石墨烯，厚度为200纳米至50微米。所述柔性材料为弹性聚合物材料。所述绝缘薄膜的材料为PDMS、聚酰亚胺或聚四氟乙烯，厚度为200微米至600微米，宽度为100微米至1毫米。所述压阻薄膜的材料为激光诱导多孔石墨烯或碳纳米管，厚度为150微米至250微米。所述多个下电极为均匀间隔分布的四个下电极，所述四个下电极连接有呈辐射状向外引出的四个电极引出端子，所述压阻薄膜连接有通过所述下电极之间的间隔呈辐射状向外引出的四个测量端子。本技术具有如下有益效果：本技术提供一种可测量任意方向滑动与剪切力的滑觉传感器，包括上部结构和下部结构，上部结构为一带有圆环形裙边的圆柱形结构，上部结构的材料为柔性材料，裙边的下表面上设有上电极，圆柱形结构的下表面对准并压紧多个下电极围绕的圆心区域，整体形成为纵向截面为“土”字形的结构，通过下部结构上的压阻薄膜测量法向压力，通过上电极和下电极的靠近来感应滑动引起的摩擦起电信号，当传感器受到剪切力作用时，上部结构向力的方向倾斜，使得上电极与下部的绝缘薄膜接触，从而上电极与在绝缘薄膜下方的下电极感应出电信号，通过多个下电极上感应电信号的大小可计算出滑动的方向和速度；当传感器受到法向压力作用时，压阻薄膜在法向方向上发生形变，从而其自身电阻值随之改变。经测试，使用本技术的滑觉传感器，对任意方向的滑动有准确可靠的响应；当不同方向的滑动发生时，获得的信号有明显的差异；通过对比多个电极中感应出的电信号，可综合计算出滑动的方向和速度；而通过实时监测下部压阻薄膜的电阻值，还可以获得作用于传感器的法向压力数值。本技术将滑觉传感器设计为一个“土”字形结构，通过摩擦纳米发电机原理，其不仅能识别是否发生滑动，还能测量滑动的方向和速度。同时，通过压阻薄膜材料，可同时感知法向压力。相对于现有滑觉传感器，本技术的滑觉传感器灵敏度高，可测量任意方向的滑动和速度，并且可以对作用于传感器的法向压力进行测量。而且，本技术的滑觉传感器可快速、方便地实现制作。附图说明图1是本技术一种实施例的全方向滑觉传感器的截面示意图；图2是本技术一种实施例的全方向滑觉传感器的立体示意图；图3是本技术一种实施例的全方向滑觉传感器的下电极和压阻薄膜示意图。具体实施方式以下对本技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本技术的范围及其应用。参阅图1至图3，在一种实施例中，一种全方向滑觉传感器，包括上部结构和下部结构，所述上部结构为一带有圆环形裙边的圆柱形结构1，所述上部结构的材料为柔性材料，所述裙边的下表面上设有上电极2，所述下部结构包括压阻薄膜5、多个下电极4和将所述压阻薄膜5及所述多个下电极4覆盖的绝缘薄膜3，所述多个下电极4围绕于所述压阻薄膜5的外侧并间隔分布，所述压阻薄膜5位于所述多个下电极4围绕的中心区域，所述圆柱形结构1的下表面对准并压紧所述压阻薄膜5，所述压阻薄膜5用于测量法向压力，所述上电极2和所述下电极4用于感应不同滑动方向引起的摩擦起电信号，所述传感器受到剪切力作用时，所述上部结构向力的方向倾斜，使得所述上电极2与下部的所述绝缘薄膜3接触，从而所述上电极2与所述绝缘薄膜3下方的下电极4感应出电信号，通过所述多个下电极4上感应电信号的大小可计算出滑动的方向和速度，所述传感器受到法向压力作用时，所述压阻薄膜5在法向上发生形变，从而其自身电阻值随之改变。根据实施例的全方向滑觉传感器为可测量任意方向滑动与剪切力的滑觉传感器，其整体形成为纵向截面为“土”字形的结构，尺寸在微米级至厘米级。通过摩擦纳米发电机原理，不仅能识别任意方向上的滑动，还能测量滑动的速度和剪切力大小。同时，滑觉传感器底层设置有压阻薄膜，可同时感知法向压力。压阻薄膜优选采用集成了压阻材料的图形化结构。在优选的实施例中，上电极2为一层覆盖所述圆环形裙边的下表面的等厚度的上电极。在优选的实施例中，所述多个下电极4沿同一圆周间隔分布，所述压阻薄膜5位于所述多个下电极4围绕的圆心区域，其几何中心与所述多个下电极4所在圆周的圆心重合。在优选的实施例中，所述下电极4为圆弧形电极，各圆弧形电极之间具有间隔，所述压阻薄膜5上的测量端子通过所述间隔引出。在优选的实施例中，所述圆柱形结构1的直径为1-3毫米，高度为3-6毫米，所述圆环形裙边的直径为3-8毫米，厚度为0.3-1毫米，所述圆环形裙边的下表面距所述圆柱形结构1的下表面高度为0.5-2毫米。在优选的实施例中，所述下电极4为圆弧形电极，所述下电极4的内圆环直径为1.5-3.5毫米，外圆环直径为4-8毫米。在优选的实施例中，所述上电极2的材料为铝、铜或银，厚度为200纳米至50微米，所述下电极4的材料为金属或石墨烯，厚度为200纳米至50微米。在优选的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全方向滑觉传感器，其特征在于,包括上部结构和下部结构，所述上部结构为一带有圆环形裙边的圆柱形结构，所述上部结构的材料为柔性材料，所述裙边的下表面上设有上电极，所述下部结构包括压阻薄膜、多个下电极和将所述压阻薄膜及所述多个下电极覆盖的绝缘薄膜，所述多个下电极围绕于所述压阻薄膜的外侧并间隔分布，所述压阻薄膜位于所述多个下电极围绕的中心区域，所述圆柱形结构的下表面对准并压紧所述压阻薄膜，所述压阻薄膜用于测量法向压力，所述上电极和所述下电极用于感应不同滑动方向引起的摩擦起电信号，所述传感器受到剪切力作用时，所述上部结构向力的方向倾斜，使得所述上电极与下部的所述绝缘薄膜接触，从而所述上电极与所述绝缘薄膜下方的下电极感应出电信号，所述传感器受到法向压力作用时，所述压阻薄膜在法向上发生形变，从而其自身电阻值随之改变。

【技术特征摘要】
1.一种全方向滑觉传感器，其特征在于,包括上部结构和下部结构，所述上部结构为一带有圆环形裙边的圆柱形结构，所述上部结构的材料为柔性材料，所述裙边的下表面上设有上电极，所述下部结构包括压阻薄膜、多个下电极和将所述压阻薄膜及所述多个下电极覆盖的绝缘薄膜，所述多个下电极围绕于所述压阻薄膜的外侧并间隔分布，所述压阻薄膜位于所述多个下电极围绕的中心区域，所述圆柱形结构的下表面对准并压紧所述压阻薄膜，所述压阻薄膜用于测量法向压力，所述上电极和所述下电极用于感应不同滑动方向引起的摩擦起电信号，所述传感器受到剪切力作用时，所述上部结构向力的方向倾斜，使得所述上电极与下部的所述绝缘薄膜接触，从而所述上电极与所述绝缘薄膜下方的下电极感应出电信号，所述传感器受到法向压力作用时，所述压阻薄膜在法向上发生形变，从而其自身电阻值随之改变。2.如权利要求1所述的全方向滑觉传感器，其特征在于,所述多个下电极沿同一圆周间隔分布，所述压阻薄膜位于所述多个下电极围绕的圆心区域，其几何中心与所述多个下电极所在圆周的圆心重合。3.如权利要求1或2所述的全方向滑觉传感器，其特征在于,所述下电极为圆弧形电极，各圆弧形电极之间具有间隔，所述压阻薄膜上的测量端子通过所述间隔引出。4.如权利要求1或2所述的全方向滑觉传感器，其特征在于,所述圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旻，肖聿翔，梁家铭，钱翔，董瑛，王晓浩，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：新型
国别省市：广东,44