基于电容与摩擦发电原理的机器人电子皮肤及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电容与摩擦发电原理的机器人电子皮肤，主要由柔性砂纸改性层，上基底层，上电极层，下基底层，下电极层从上到下依次紧密组装构成，并提供了一种基于电容与摩擦发电原理的机器人电子皮肤的制作方法，该机器人电子皮肤可以覆盖在机器人表面作为电子皮肤赋予其触觉感知能力的柔性器件，使机器人也能感知触觉，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于电容与摩擦发电原理的机器人电子皮肤及其制备方法


[0001]本专利技术涉及机器人电子皮肤触觉传感
，具体地说，是一种基于电容与摩擦发电原理的机器人电子皮肤及其制备方法。

技术介绍

[0002]服务型机器人正在逐渐进入我们的生产和生活，对人类社会发展起着日益重大的影响。协作机器人应用设计规范ISO TS 15066表明，人机交互越密切，设计要求就越高。频繁而复杂的人机交互场景对机器人的感知功能提出了更高层次的要求。仿生学是机器人领域的研究热点。触觉感知和温度感知，是生物体适应环境变化的基础手段。常规意义上的触觉包括对压力、剪切力、纹理等变量的感知。触觉传感器可辅助服务型机器人在非结构化的环境下完成预期动作、进行人与机器人安全交互。温度传感器可以辨识环境中的热源和冷源，使得机器人可以区分人与环境中的物体，进行有针对性的交互。模仿生物的触觉感知和温度感知，并在机器人皮肤中集成接近传感器，可以使机器人识别外界物体从接近到接触其本体的整个过程，进而胜任更复杂的工作场景，也有利于保证人机交互过程中的本质安全。
[0003]机器人的下一阶段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电容与摩擦发电原理的机器人电子皮肤， 其特征在于，主要由柔性砂纸改性层，上基底层，上电极层，下基底层，下电极层从上到下依次紧密组装构成，所述上电极层面积大于下电极层面积；所述电子皮肤的上基底层和下基底层为柔性可拉伸材料；所述上电极层和下电极层采用液态镓铟锡合金；所述砂纸改性层制备时，需在砂纸表旋涂PDMS材料，之后进行加热固化，然后从砂纸表面剥离PDMS薄膜，得到砂纸改性层；所述上基底层，砂纸改性层，下基底层设置为微米孔阵列结构。2.根据权利要求1所述的一种基于电容与摩擦发电原理的机器人电子皮肤， 其特征在于，所述的上基底层还包括若干平面电极，所述平面电极在上基底层下基底层的设置面之间的上电极层上。3.一种根据权利要求1所述的基于电容与摩擦发电原理的机器人电子皮肤的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：电极层包括上电极层及下电极层的制备方法，包括以下步骤：（1）取洁净的2英寸硅片，首先用异丙醇冲洗硅片，紧接着用去离子水进行冲洗，最后将硅片吹干，如此循环三次左右即可完成硅片的清洗过程；（2）将质量分数为10%的PVA溶液旋涂在硅片表面，旋涂速度为500rpm，旋涂时间为40s，之后将旋涂有PVA溶液的硅片放在热板上加热，加热温度为90℃，加热时间为10分钟，PVA溶液固化成膜；（3）配置PDMS溶液，其中预聚体与固化剂的质量比为10:1，搅拌5分钟，保证预聚体和固化剂的充分混合，然后进行抽真空30分钟消除气泡，完成PDMS的配制，旋涂PDMS溶液，时间设置为40s，旋涂完成后进行PDMS的加热固化，加热温度为90℃，加热时间为20分钟；4）将切割好的具有电极图案的掩膜版粘贴在固化的PDMS薄膜，其中上电极的直径为8mm，下电极的直径为5mm，线宽为0.4mm，与外部导线连接的正方形边长为1mm，之后在PDMS薄膜表面分别溅射一层10nm厚的铬和100nm厚的金薄膜作为传感器的电极图案，其中铬作为金薄膜和PDMS之间的粘附层增加金对于PDMS薄膜的粘附力，溅射完成之后，将掩膜版从PDMS薄膜表面剥离，完成金电极的制备；5）将0.4mm的铜导线用导电银浆粘贴在金电极表面，然后放在热板上加热蒸发掉导电银浆里的水分，加热温度为90℃，加热时间为40min，完成外部导线与金电极的连接；（6）在氧含量≤2ppm的手套箱内进行镓合金的填充，将完成上述过程的硅片放在手套箱过度腔完成三次抽真空和充气过程避免外部环境中氧气进入到手套箱内，然后将镓合金滴在金电极表面，保证镓合金完全覆盖金电极，过程中保持硅片边缘缓慢转动硅片，保证液态金属完全覆盖住金电极外的导线部分，完成液态金属的填充；（7）将填充好液态金属的硅片从手套箱内取出，在镓合金表面旋涂一层PDMS作为封装层，其中旋涂速度为1000rpm，旋涂时间为40s，之后将硅片放在热板上加热固化，加热温度为90℃，加热时间为20分钟，PDMS固化成膜，完成液态金属的封装；（8）将封装好的液态金属的硅片放在装有去离子水的结晶皿中进行水浴加热溶解掉预先旋涂的PVA层，使完成液态金属封装的电极层能从硅片表面脱离，其中水浴加热温度为90℃，加热时间为8小时左右，得到制备完成电极层；
步骤二：中间电介质层包括柔性砂纸改性层，上基底层及下基底层制备方法，包括以下步骤：（1）取洁净的2英寸硅片，用丙酮冲洗3次，氮气吹干；（2）直接将SU82050光刻胶倒置在硅片表面，保证光刻胶在硅片表面覆盖完全，之后将光刻胶静置15分钟左右，消除光刻胶倒置过程中产生的气泡；（3）进行SU8...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨剑乐，魏兴浩，王添涛，杨少鹏，
申请(专利权)人：陕西中建建乐智能机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：