【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种柔性触觉传感器及柔性电子皮肤，属于柔性传感。
技术介绍
1、近年来，随着新科技的浪潮，智能穿戴设备的市场份额越来越大，功能和外观的不断更新换代，带给人们不一样的生活体验。智能穿戴设备是把信息的采集、记录、存储、显示、传输、分析、等功能与我们的日常穿戴相结合，成为我们穿戴的一部分。智能穿戴设备包括头盔、眼镜、鞋垫袜子、书包手表等，未来可以深入到生活的方方面面。传感器作为可穿戴设备的感知端，尤为重要。因此，触觉传感器作为可穿戴传感器的一个重要分支，国内外学者对其研究便趋于追求更快的响应速度、更高的灵敏度、更宽的检测范围、更好的耐用性等。
2、全柔性材料、高精度感应、快速响应等一系列优良特性使得触觉传感器可适应多数复杂环境，同时配套在一些可穿戴设备上可应用于众多领域。因此，触觉传感器未来还有大发展，也必将在生活中的各方面发挥重要作用。科研人员充分利用各类柔性材料，包括橡胶、天然材料、高分子材料、仿生材料等固有的柔性，以及一些复合柔性导电材料的导电性或场效应，制成了各式触觉传感器。
3、目前，触觉传感器研究热点主要集中在：(1)敏感单元结构设计与优化，将敏感层做成各种各样的微结构或者仿生结构，如多孔、金字塔、圆柱体、仿生结构等，通过尺寸参数优化，维持传感器性能稳定，提升传感器的弹性模量，进而提升传感器的性能；(2)敏感材料体系构建方面，趋向于柔性，通常选用柔性聚合物材料如pdms、pet等填充不同导电材料以提升传感器整体柔韧性以及机电性能；以此来设计柔性、高灵敏度、高分辨率、检测下限低、响应时间快等
4、在现有的触觉传感器技术中，已知触觉传感器，该传感器包括电极层、第一层柱体以及第二层柱体，所述柱体结构采用pdms制备；所述柱体结构采用光刻技术制备；所述第一、二层柱体结构交错阵列；所述电极层采用金属电极；第一层柱体结构衬底上的第一电极和第二层柱体结构衬底上的第二电极构成一个电容器，当外界物体直接对传感器施加压力时，传感器产生弹性形变，极板间距减小，介质层有效介电常数上升，所述传感器的电容值上升，此为传感器的工作原理。
5、上述现有技术的不足之处在于，传感器灵敏度等静/动态特性低、制备成本高。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本技术提供一种柔性触觉传感器及柔性电子皮肤，传感器的上电极层和下电极层之间构成一个空间立体电容，依据对传感器施加载荷时电容值的变化规律，实现压力的感知，为智能控制系统提供快速、准确的反馈。
2、本技术采取的技术方案如下。
3、一方面，本技术提供一种柔性触觉传感器，包括电极层和柔性衬底组件；电极层包括上电极层和下电极层；柔性衬底组件包括上电极柔性衬底、下电极柔性衬底，以及依次设置于所述上电极层与下电极层之间的第一阵列式柱体层、介质层和第二阵列式柱体层；
4、上电极柔性衬底和下电极柔性衬底分别封装于上电极层和下电极层的外侧面；
5、第一阵列式柱体层和第二阵列式柱体层分别包括阵列式排布的多个介质柱，各介质柱的两端分别固接电极层和介质层。
6、本结构的特殊性能够增加电极的压缩空间，使得施加载荷的响应灵敏度有所提升。
7、可选的，电极层为矩形，其宽度与长度均为20mm，上电极层与下电极层之间的间距为7.5mm，上电极层与下电极层形成立体式电容，从而实现压力感知。
8、可选的，第一阵列式柱体层中的介质柱与第二阵列式柱体层中的介质柱上下交错设置。
9、可选的，第一阵列式柱体层中的介质柱与第二阵列式柱体层中，介质柱阵列区域的长宽均为20mm，相邻介质柱的间距约为4.5mm。
10、可选的，各介质柱采用圆柱形、金字塔形或锥形柱体结构，其中，圆柱介质柱的高度为3mm，直径为2mm。
11、可以保证传感器性能的稳定性，降低传感器的弹性模量。
12、可选的，介质层采用网状薄膜结构，其上设有阵列式排布的多个通孔。
13、可选的，网状薄膜结构的介质层上，各通孔为直径1mm的圆形，相邻通孔的间距为1.5mm；介质层的长度与宽度均为20mm，厚度为0.5mm，可以提高传感器的灵敏度与响应速度。
14、可选的，上电极层和下电极层采用导电纤维材料制成，该材料具有柔韧性好、易于硅橡胶制备的衬底粘连固定的特点；柔性衬底组件采用硅橡胶材料制成，该材料具有弹塑性好，价格低廉且易于流体成型制备结构的优势。
15、第二方面，本技术提供一种具有第一方面所述柔性传感器的应用，本技术的柔性传感器能够设置于柔性电子皮肤中。
16、有益效果
17、相比现有技术，本技术的一种柔性触觉传感器，在整体上构成了一个空间立体电容，依据施加载荷时电容值的变化规律，达到对压力感知的目的，从而实现触觉传感功能。
18、本技术将阵列式柱体的压力转化为对介质层的剪切力，降低了传感器整体的杨氏模量；当对传感器施加载荷时，介质层更易发生形变，使得极板间距与介质层有效介电常数发生变化，具有宽量程、高灵敏度、快速响应等优良性能。
19、此外，本技术的触觉传感器的结构明了，组装简单，相比于其他复杂的触觉传感器，耐用性好并且维护便利，能够适用于要求具有较高灵敏度的柔性电子皮肤。
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1.一种柔性触觉传感器，其特征在于，包括电极层与柔性衬底组件；
2. 根据权利要求1所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述电极层（2）为矩形，其宽度与长度均为20 mm，所述上电极层（21）与所述下电极层（22）之间的间距为7.5 mm。
3.根据权利要求1或2所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述第一阵列式柱体层（13）的介质柱与所述第二阵列式柱体层（14）的介质柱上下交错设置。
4. 根据权利要求3所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述第一阵列式柱体层（13）与所述第二阵列式柱体层（14）中，所述介质柱阵列区域的长宽均为20 mm，相邻所述介质柱的间距约为4.5 mm。
5. 根据权利要求3所述的柔性触觉传感器，其特征在于，各所述介质柱采用圆柱形、金字塔形或锥形柱体结构，其中圆柱介质柱的高度为3 mm，直径为2 mm。
6.根据权利要求1所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述介质层（15）采用网状薄膜结构，其上设有阵列式排布的多个通孔。
7. 根据权利要求6所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述网状薄膜结
8.根据权利要求1所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述上电极层（21）与下电极层（22）采用导电纤维材料制成；所述柔性衬底组件（1）采用硅橡胶材料制成。
9.一种柔性电子皮肤，其特征是，包括权利要求1-8任一项所述柔性触觉传感器。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性触觉传感器，其特征在于，包括电极层与柔性衬底组件；
2. 根据权利要求1所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述电极层（2）为矩形，其宽度与长度均为20 mm，所述上电极层（21）与所述下电极层（22）之间的间距为7.5 mm。
3.根据权利要求1或2所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述第一阵列式柱体层（13）的介质柱与所述第二阵列式柱体层（14）的介质柱上下交错设置。
4. 根据权利要求3所述的柔性触觉传感器，其特征在于，所述第一阵列式柱体层（13）与所述第二阵列式柱体层（14）中，所述介质柱阵列区域的长宽均为20 mm，相邻所述介质柱的间距约为4.5 mm。
5. 根据权利要求3所述的柔性触觉传感器，其特征在于，各所述介质柱采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛善安，郑国庆，崔兆文，秦伟，武智超，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：新型
国别省市：
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