一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法，属于机器人柔性触觉传感器材料及其制备领域。其中导电填料和硅橡胶聚二甲基硅氧烷(PDMS)的质量比为1:5～1:2，PDMS中树脂和固化剂质量比5

【技术实现步骤摘要】
一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于机器人柔性触觉传感器材料及其制备领域，特别是涉及一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]电阻式触觉传感器是利用传感单元电阻值的变化情况来检测施加力的位置和大小的，由于原理简单成本一般较低，所以应用最为广泛。传统的电阻式触觉传感器常利用半导体硅材料制备，半导体硅材料受到应力作用时，引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化，从而导致电阻值变化。虽然半导体硅材料制备的触觉传感器具有灵敏度高、稳定性好的优点，但是由于硅材料本身的脆硬性，难以实现曲面布置，柔顺性差。为了实现柔顺性，导电聚合物材料越来越多地被应用到触觉传感器领域，这种材料通过在聚合物基体中填充导电颗粒、导电纳米片等导电材料而形成。由这样的导电复合材料制作而成的电子皮肤触觉传感器具有非常好的柔性，能更好地贴合于机器人的手指、手腕等曲面。
[0003]当压阻橡胶未受力时，压阻橡胶中导电粒子之间有间隔，被绝缘的橡胶材料阻断，呈现绝缘的状态(绝缘区)；在外力的作用下，导电粒子之间的间隔逐渐变小直至相互接触，形成完整的导电通路，从而引起电阻值变化(渗流区)。当压力增大到一定值，导电通路的数量接近饱和，压力增加对导电通路的影响很小，因此电阻率趋于平缓(导电区)。只有压阻橡胶工作在渗流区才能将其感受到的压力变化转化为电阻值的变化，这也是电阻式触觉传感器实现压力测量的核心。
[0004]所以，针对触觉传感器应用场合工作压力的不同，相应地调节硅橡胶与导电材料、聚二甲基硅氧烷(PDMS)双组份比例以及压阻橡胶厚度，使得压阻橡胶能够具备柔弹性以贴合于机器人关节等部位，并且在测量的过程中压阻橡胶处于“渗流区”至关重要。

技术实现思路

[0005]为解决半导体硅材料制备的触觉传感器难以实现曲面布置，柔弹性差以及压阻橡胶工作时所处的导电区域不稳定的问题，本专利技术提供了一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料及其制备方法，通过合理地调节硅橡胶与导电材料、PDMS双组份比例以及压阻橡胶厚度，使得压阻橡胶能够具备柔弹性以贴合于机器人关节等部位，并且在测量的过程中压阻橡胶处于“渗流区”，制备的压阻橡胶复合材料具有柔弹性好，灵敏度高、压阻特性明显的优点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一方面，本专利技术提供一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料，所述复合材料包含聚二甲基硅氧烷基体和导电填料。
[0008]进一步地，所述导电填料包括石墨烯、碳纳米管、微米镍粉、镀银铜粉、镀铜镍粉。
[0009]进一步地，所述聚二甲基硅氧烷和导电填料的质量比为1:5～1:2。
[0010]进一步地，所述导电填料的粒度为10～100μm。
[0011]另一方面，本专利技术提供一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S101：分别称取聚二甲基硅氧烷与导电填料，并进行充分混合；
[0013]S102：向上述混合物中加入固化剂，混合搅拌；
[0014]S103：将步骤S102中制得的粘稠状液体倒入玻璃板上，置于真空环境下去除搅拌时产生的气泡；
[0015]S104：在玻璃板四角分别放置四片玻璃片，并将另一块玻璃板缓慢盖在四片玻璃片上；
[0016]S105：将玻璃板置于恒温箱中保温一段时间，即制成压阻橡胶。
[0017]进一步地，步骤S102中所述固化剂包括但不限于乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷、丁二烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷的一种或多种，优选八甲基环四硅氧烷；所述固化剂与所述聚二甲基硅氧烷的质量比为1:5～10。
[0018]进一步地，步骤S103中玻璃板于真空环境下的处理时间为50～80min。
[0019]进一步地，步骤S104中所述玻璃片的厚度为0.5-1mm。
[0020]进一步地，步骤S105中所述保温温度为50～70℃，保温时间为4～6h。
[0021]进一步地，步骤S105中所述压阻橡胶的厚度为0.5-1mm。
[0022]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0023]本专利技术的基体材料采用了柔弹性好的PDMS，该材料不仅机械性能良好，而且化学惰性高；采用了粒度较小的导电填料与基体材料进行混合，这样的小尺寸效应有助于保证压阻橡胶的柔弹性；通过合理地调整PDMS与导电填料、PDMS双组分之间的配比，使得橡胶材料兼顾柔弹性的同时压阻效应更加显著。本专利技术不仅工艺简单，而且所制备的压阻橡胶柔弹性良好、压阻特性显著，可贴合于机器人曲面关节进行压力信息的测量，即使所施加的压力较小，也能有较大的信号输出。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术的压阻橡胶制备工艺流程图；
[0026]图2为PDMS主剂与固化剂质量比为10:1，压阻橡胶厚度为1mm时，不同硅橡胶与微米镍粉配比的压阻橡胶的特性曲线；
[0027]图3为硅橡胶与微米镍粉配比为1:3.5，压阻橡胶厚度为1mm时，不同PDMS主剂与固化剂配比的压阻橡胶的特性曲线；
[0028]图4为PDMS主剂与固化剂质量比为10：1，PDMS主剂和固化剂配比为3.5:1，不同厚度的的压阻橡胶的特性曲线。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步地详细描述。
[0030]本专利技术提供一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料，包括导电填料和硅橡胶，所述复合材料包含聚二甲基硅氧烷基体和导电填料。
[0031]进一步地，所述导电填料包括石墨烯、碳纳米管、微米镍粉、镀银铜粉、镀铜镍粉。作为本专利技术的一个优选实施例，所述导电填料为微米镍粉，其粒度为10～100μm。微米镍粉不仅导电性能良好，而且价格较低，耐磨损能够实现大面积，长时间地使用。
[0032]进一步地，所述聚二甲基硅氧烷和导电填料的质量比为1:5～1:2。
[0033]从柔弹性的角度而言，导电填料的成分越高，压阻橡胶中存在的硬质颗粒越多，柔弹性越差；从压阻橡胶的导电性能而言，导电填料的成分越高，压阻橡胶本身存在的导电通路越多，那么它对压力的敏感就越小，相反地，过低的导电填料成分可能导致压阻橡胶本身绝缘，对压力不敏感。故导电填料的选择和配比对压阻橡胶的性能影响较大。
[0034]本专利技术还提供一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料的制备方法，如图1所示，包括配料、加入固化剂、去气泡压玻璃板和固化五个步骤：
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料，其特征在于：所述复合材料包含聚二甲基硅氧烷基体和导电填料。2.根据权利要求1所述用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷和导电填料的质量比为1:5～1:2。3.根据权利要求1所述用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料，其特征在于：所述导电填料包括石墨烯、碳纳米管、微米镍粉、镀银铜粉、镀铜镍粉。4.根据权利要求1所述用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料，特征在于：所述导电填料的粒度为10-100μm。5.一种根据权利要求1～4任一项所述用于机器人触觉传感器的压阻橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S101：分别称取聚二甲基硅氧烷与导电填料，充分混合；S102：向上述混合物中加入固化剂，混合搅拌；S103：将制得的粘稠状液体倒入玻璃板上，置于真空环境下去除搅拌时产生的气泡；S104：在玻璃板四角分别放置四片玻璃片，并将另一块玻璃板缓慢盖在四片玻璃片上；S105：将玻璃板置于恒温箱中保温一...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建国，程春福，周建辉，范阳，李洋，缪存孝，孔宁，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：