实现多轴力检测的柔性触觉传感器制造技术

本发明专利技术公开一种实现多轴力检测的柔性触觉传感器。本发明专利技术具有用于检测触觉力的电容单元，其输出与所受触觉力相应的电容信号，检测原理是电容式的；下侧的电极绕传感器的中心以圆形排布，类似于钟表上的刻度；下侧电极，还需要与圆环电极构成电极对，应用平板电容原理，输出电容信号。本发明专利技术通过将电极排布方式设计为绕中心分布的方式，提高了空间区域的利用面积，增加了传感器检测灵敏度，并获得了一定程度的切向力角度分辨能力。度的切向力角度分辨能力。度的切向力角度分辨能力。

【技术实现步骤摘要】
实现多轴力检测的柔性触觉传感器


[0001]本专利技术涉及一种触觉传感器，具体是一种实现多轴力检测的柔性触觉传感器。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，人们对生产生活中机器人的要求越来越高。相应的，对机器人上 的传感器也有了更高的要求。机器人中最重要的传感器之一，就是触觉传感器。
[0003]目前基于不同原理的多轴触觉传感器种类繁多，包括电容式触觉传感器、压阻式触 觉传感器和光学式触觉传感器等。电容式传感器具有动态响应好，精度高等优点，但物 理尺寸较大，且易受噪声影响；压阻式传感器具有灵敏度高，空间分辨率高和制造技术 成熟等优点，但其使用时功耗高，稳定性差；光学式传感器具有灵敏度高，响应快等优 点，但多轴检测线性度差，标定困难。
[0004]虽然应用硅工艺制成的触觉传感器已经有了较成熟的工艺，研究程度也已经相当高 了，但由于其使用较硬的材料，柔软的手指接触时，总有种硌人的感觉，人机交互能力 上差强人意。近年来，随着柔性电子的出现，触觉传感器使用柔性工艺，出现了各式各 样的柔性触觉传感器，很好地解决了硬性触觉传感器的弊端。
[0005]研究者们对柔性触觉传感器进行了一系列研究。这些研究主要目的是提高传感器的 多轴检测能力和剪切力方向分辨能力。因为对于触摸而言，要想模拟人手指的功能，多 轴力的分辨能力以及剪切力方向的分辨能力是至关重要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供实现多轴力检测的柔性触觉传感器。
[0007]一种能够检测多轴力，并分辨水平力施加角度的柔性触觉传感器，具有用于检测触 觉力的电容单元，其输出与所受触觉力相应的电容信号，检测原理是电容式的；下侧的 电极绕传感器的中心以圆形排布，类似于钟表上的刻度；下侧电极，还需要与圆环电极 构成电极对，应用平板电容原理，输出电容信号；从上至下具体包括：
[0008]凸台，位于器件的中心位置，圆直径0.8～1.2mm，材料为PDMS、PET或PEN等柔性 聚合物。
[0009]上基板，置于凸台的下方，其中心与凸台圆心重叠，材料是PDMS、PET或PEN等柔 性聚合物。
[0010]上侧圆环电极，中心与凸台圆心重叠，圆环内径为0.75～1.2mm，圆环外径为4～6.5mm， 材料可以是金、银、铜等导电金属。
[0011]隔离层，主要作用是保证上下两层电极绝对不会接触，材料为PDMS，为边长6～8mm 的正方形，尺寸与上基板一致。
[0012]支撑结构，包括中心的支柱与四周的侧壁，支撑结构的中心与凸台圆心重叠，中心 支柱圆直径略小于凸台，为0.7～1.1mm，材料为PDMS；中心支柱的边沿与上侧圆环电极 内侧保持一定距离，为50～100um，目的是避免支柱与圆环电极接触，导致电极磨损， 影响性
能；侧壁内侧为圆形，离圆环电极外轴0.5～1mm的距离。
[0013]电极组合，材料可以是金、银、铜等导电金属；以凸台圆心为圆心，夹角为1～30 度的圆形辐射分布；每个电极长2～2.5mm，宽0.1～0.8mm；电极组合所构成的圆直径为 5～6mm；电极的数量为12～360个，这与电极夹角有关，需要覆盖360度监测范围。
[0014]下基板，中心与凸台圆心重叠，为边长6～8mm的正方形，与上基板尺寸一致，材料 可以是PDMS、PET和PEN等柔性聚合物。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]本专利技术通过将电极排布方式设计为绕中心分布的方式，提高了空间区域的利用面积， 增加了传感器检测灵敏度，并获得了一定程度的切向力角度分辨能力。
附图说明
[0017]图1是所述实现多轴力检测的柔性触觉传感器的俯视图；
[0018]图2是所述实现多轴力检测的柔性触觉传感器的侧视图；
[0019]图3是所述实现多轴力检测的柔性触觉传感器检测正向力的工作示意图；
[0020]图4是所述实现多轴力检测的柔性触觉传感器检测剪切力的工作示意图；图5是对实现多轴力检测的柔性触觉传感器的制备流程。
具体实施方式
[0021]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本 专利技术的具体实施方式。
[0022]现依据图1，对实现多轴力检测的柔性触觉传感器的结构在水平位置上作进一步说 明：1是凸台，位于器件的中心位置，圆直径0.8～1.2mm，材料可以是PDMS、PET和PEN 等柔性聚合物。2是上基板，中心与凸台1圆心重叠，为边长6～8mm的正方形，材料可 以是PDMS、PET和PEN等柔性聚合物。3是隔离层，主要作用是保证上下两层电极绝对 不会接触，材料为PDMS，为边长6～8mm的正方形，尺寸与上基板2一致。4是上侧圆环 电极，中心与凸台1圆心重叠，圆环内径为0.75～1.2mm，圆环外径为4～6.5mm，材料可 以是金、银、铜等导电金属。5是支撑结构，包括中心的支柱与四周的侧壁，支撑结构 的中心与凸台1圆心重叠，中心支柱圆直径略小于凸台1，为0.7～1.1mm，材料为PDMS； 中心支柱的边沿与圆环电极4内侧保持一定距离，为50～100um，目的是避免支柱与圆 环电极3接触，导致电极3磨损，影响性能；侧壁内侧为圆形，离圆环电极4外径0.5～1mm 的距离。6是下侧沿一以凸台1圆心为圆心的圆分布的电极组合，材料可以是金、银、 铜等导电金属；图中电极每个沿圆心夹角差1～30度分布；每个电极长2～2.5mm；宽 0.1～0.8mm；所沿圆的直径5～6mm；电极的数量为12～360个，这与电极夹角有关，需要 覆盖360度监测范围。7是下基板，中心与凸台1圆心重叠，为边长6～8mm的正方形， 与上基板2尺寸一致，材料可以是PDMS、PET和PEN等柔性聚合物。
[0023]现依据图2，对实现多轴力检测的柔性触觉传感器的结构在竖直位置上作进一步说 明：1是凸台，位于器件的最上方，是传导力、汇聚力的结构，厚度为300～500um，材 料可以是PDMS、PET和PEN等柔性聚合物。2是上基板，在凸台1下方，与凸台1连接， 作为保护内部检测结构的上表面，以及将凸台1中接受的力作用到整个力检测结构的缓 冲层，厚度为150
～300um，材料可以是PDMS、PET和PEN等柔性聚合物。3是隔离层， 厚度为10～30um，制作材料为PDMS。4是上侧圆环电极，制作在上基板2下侧，厚度为 60～100nm，材料可以是金、银、铜等导电金属。5是支撑结构，包括中心的支撑圆柱以 及侧壁，主要起到支撑上基板2，并为两层电极提供一定的可动间隙，侧壁还提供了对 检测结构四周的保护，支撑结构的高度为10～30um，材料可以是PDMS、PET和PEN等柔 性聚合物。6是下侧沿一以凸台1圆心为圆心的圆分布的电极组合，厚度为60～100nm， 材料可以是金、银、铜等导电金属。7是下基板，充当对内部检测结构的下层保护，并 为电极6提供支撑，基板7厚度为250～400um。
[0024]现依据图3，对实现多轴力检测的柔性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.实现多轴力检测的柔性触觉传感器，其特征在于从上至下具体包括：凸台，位于器件的中心位置；上基板，其中心与凸台圆心重叠；上侧圆环电极，中心与凸台圆心重叠；隔离层，主要作用是保证上下两层电极绝对不会接触；支撑结构，包括中心的支柱与四周的侧壁，支撑结构的中心与凸台圆心重叠，中心支柱圆直径小于凸台；中心支柱的边沿与上侧圆环电极内侧保持一定距离；电极组合，以凸台圆心为圆心，夹角为1～30度的圆形辐射分布；下基板，中心与凸台圆心重叠。2.如权利要求1所述的实现多轴力检测的柔性触觉传感器，其特征在于凸台的直径0.8～1.2mm。3.如权利要求2所述的实现多轴力检测的柔性触觉传感器，其特征在于上侧圆环电极圆环内径为0.75～1.2mm，圆环外径为4～6.5mm。4.如权利要求3所述的实现多轴力检测的柔性触觉传感器，其特征在于隔离层、上基板、下基板尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辽，林流远，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：