一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器及其制备方法，其结构包括基底层及位于基底层上的传感层，所述传感层包括若干排横向传感功能单元组和若个排纵向传感功能单元组，相邻两排横向传感功能单元组之间设有一排纵向传感功能单元组，所述横向传感功能单元组由若干个等距分布的横向传感功能单元组成，所述纵向传感功能单元组由若干个等距分布的纵向传感功能单元组成，纵向相邻的两个横向传感功能单元与横向相邻的两个纵向传感功能单元之间设有星形结构。该柔性触觉传感器通过结构设计，使得器件的泊松比接近于0，如此能够互不干扰地识别出双轴应变的大小，从而准确识别剪切力的方向和大小，同时提高了器件对于双轴应变的感知灵敏度。应变的感知灵敏度。应变的感知灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性触觉传感器
，具体涉及一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着智能机器人的飞速发展，触觉传感器在机器人智能控制中的重要作用日益凸显。与人类皮肤的触觉感知能力类似，触觉传感器使机器人能够感知物体的形状、硬度、纹理和操纵过程中的滑动，而这无法通过机器视觉等其他方法实现。为了模拟人类皮肤的综合触觉感知能力和机械特性，已经对电子皮肤的开发进行了大量研究。与基于刚性材料和结构的传统传感器不同，柔性触觉传感器主要由柔性基底层和传感功能层组成，可将机械刺激转换为电信号，目前人们也提出了许多基于各种传感机理的电子皮肤装置，如电容、压阻、压电等。
[0003]而与传统传感材料相比，超材料在静态模量、密度、吸能耗能、声学以及热传导等方面具有超乎寻常的优势。其中负泊松比的材料是典型的力学超材料，其在受到横向拉伸时纵向会发生膨胀。和普通的传感器相比，基于负泊松比的传感器在相同压力的作用下能够产生更大的形变，具有更高的灵敏度。除了负泊松比材料之外，0泊松比材料也具有优越的性能，其在横向拉伸时纵向变形几乎为0，即在横向应变很大的情况下，纵向应变几乎为0。因此，0泊松比材料能够独立感知双向应变，并且互不干扰。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器及其制备方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器，包括基底层及位于基底层上的传感层，所述传感层包括若干排横向传感功能单元组和若个排纵向传感功能单元组，相邻两排横向传感功能单元组之间设有一排纵向传感功能单元组，所述横向传感功能单元组由若干个等距分布的横向传感功能单元组成，所述纵向传感功能单元组由若干个等距分布的纵向传感功能单元组成，纵向相邻的两个横向传感功能单元与横向相邻的两个纵向传感功能单元之间设有星形结构。
[0007]其中，所述基底层由柔性材料制备而成。
[0008]其中，所述基底层的厚度为0.2～1mm。
[0009]其中，所述横向传感功能单元由若干个并排相连的纵向传感功能模块组成，所述纵向传感功能单元由若干个并列相连的横向传感功能模块组成。
[0010]其中，所述横向传感功能单元和纵向传感功能单元均呈波浪形，所述纵向传感功能模块、横向传感功能模块均由岛桥结构和导电层构成，所述导电层位于岛桥结构上。
[0011]其中，所述导电层采用金属导电材料或者复合导电材料。
[0012]上述基于零泊松比结构的柔性触觉传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、准备基底模具和掩膜板，在基底模具上雕刻出与所述横向传感功能单元和纵向传感功能单元的岛桥结构对应的波浪形结构，同时将掩膜板切割成一具有星形镂空部分的模具A和保留星形结构部分的模具B；
[0014]S2、将模具A和基底模具对齐，再将模具B放入模具A的星形镂空部分；
[0015]S3、移除模具A；
[0016]S4、将液态的柔性材料溶液注入基底模具中，使其均匀分布在基底模具中；
[0017]S5、通过加热烘干的方式使基底模具中的柔性材料溶液固化，然后从基底模具中剥离，获得带有岛桥结构和星形结构的基底；
[0018]S6、将导电材料沉积在岛桥结构上形成导电层，得到具有基于零泊松比结构的柔性触觉传感器。
[0019]其中，所述基底模具和掩膜板的材料均为亚克力板，所述基底模具的厚度为5mm，所述掩膜板的厚度为0.2～1mm。
[0020]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器，其基底层采用柔性材料制备而成，易于变形，能够贴附在机器人的表面，并通过结构设计，使得器件的泊松比接近于0，如此能够互不干扰地识别出双轴应变的大小，从而准确识别剪切力的方向和大小，同时在柔性基底的传感区设置由岛桥结构组成的波浪形结构，使得在相同的外力作用下，导电材料能够发生更大的电阻变化，从而提高了器件对于双轴应变的感知灵敏度。该柔性触觉传感器结构简单，可根据实际需要制作不同尺寸的传感器，易于制造，有利于推广应用。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
[0022]图1为本专利技术提供的一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术提供的一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器的制备方法流程图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]请参阅图1，本专利技术提供一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器，包括基底层1及位于基底层1上的传感层2。所述基底层1由柔性材料制备而成，例如聚二甲基硅氧烷制、Ecoflex等，厚度为0.2～1mm；所述传感层2包括若干排横向传感功能单元组3和若个排纵向传感功能单元组4，相邻两排横向传感功能单元组3之间设有一排纵向传感功能单元组4，横向传感功能单元组3由若干个等距分布的呈波浪形的横向传感功能单元组成，横向传感功能单元由若干个并排相连的纵向传感功能模块组成，纵向传感功能单元组4由若干个等距
分布的呈波浪形的纵向传感功能单元组成，纵向传感功能单元由若干个并列相连的横向传感功能模块组成，其中，所述纵向传感功能模块、横向传感功能模块均由岛桥结构5和导电层6构成，导电层6位于岛桥结构5上，导电层6为金属导电材料或者复合导电材料；纵向相邻的两个横向传感功能单元与横向相邻的两个纵向传感功能单元之间设有星形结构。
[0026]上述基于零泊松比结构的柔性触觉传感器的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0027]S1、以亚克力板为基础材料，利用激光切割机在基底模具9上雕刻出与所述横向传感功能单元和纵向传感功能单元的岛桥结构对应的波浪形结构，基底模具9的厚度为5mm，同时利用激光切割机切割掩膜板(亚克力板)，得到一具有星形镂空部分的模具A 8和保留星形结构部分的模具B 7，亚克力板的厚度为0.2～1mm；
[0028]S2、将模具A 8和基底模具9对齐，再将模具B 7放入模具A 8的星形镂空部分，以此完成模具B 7在基底模具9上的定位与固定；
[0029]S3、移除模具A 8，留下模具B 7和基底模具9；
[0030]S4、将液态的柔性材料溶液10注入基底模具9中，通过旋涂方式使其均匀分布在基底模具9中；
[0031]S5、将充满柔性材料溶液的基底模具11通过加热烘干的方式使基底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器，其特征在于：包括基底层及位于基底层上的传感层，所述传感层包括若干排横向传感功能单元组和若个排纵向传感功能单元组，相邻两排横向传感功能单元组之间设有一排纵向传感功能单元组，所述横向传感功能单元组由若干个等距分布的横向传感功能单元组成，所述纵向传感功能单元组由若干个等距分布的纵向传感功能单元组成，纵向相邻的两个横向传感功能单元与横向相邻的两个纵向传感功能单元之间设有星形结构。2.根据权利要求1所述的一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器，其特征在于：所述基底层由柔性材料制备而成。3.根据权利要求1所述的一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器，其特征在于：所述基底层的厚度为0.2～1mm。4.根据权利要求1所述的一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器，其特征在于：所述横向传感功能单元由若干个并排相连的纵向传感功能模块组成，所述纵向传感功能单元由若干个并列相连的横向传感功能模块组成。5.根据权利要求4所述的一种基于零泊松比结构的柔性触觉传感器，其特征在于：所述横向传感功能单元和纵向传感功能单元均呈波浪形，所述纵向传感功能模块、横向传感功能模块均由岛桥结...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴豪，黄鑫，
申请(专利权)人：广东思谷智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：