【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种力传感器领域的技术，具体是一种摩擦电式的三轴力传感阵列及解耦测量的方法。
技术介绍
1、现有的光电式和应变梁式的三轴力传感器为刚性结构，其使用场景和对象受限；压阻和电容式的三轴力传感器需要外接电源，其灵活性及使用时长受限；压电式的三轴力传感器只能测量静态的压力，且需要专用的电荷放大器进行信号处理。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术不具备三轴力传感器不具备自供电的能力的不足，提出一种摩擦电式的三轴力传感阵列及解耦测量方法，具有自供电、柔性、易于集成等特征，同时提出了应用所述传感阵列进行三轴力解耦测量的方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种摩擦电式的三轴力传感阵列，由数个摩擦电式的三轴力传感单元阵列化排布而成，其中每个摩擦电式三轴力传感单元包括：由上而下依次设置的柔性凸起、柔性上摩擦层、柔性下摩擦层、柔性电极层以及与柔性电极层相连的测量电路，其中：柔性上摩擦层与柔性下摩擦层组成摩擦副，柔性上摩擦层、柔性下摩擦层和柔性电极层构成摩擦纳米发电机。
4、所述的柔性电极层包括：n个对称排布的扇形电极，每个扇形电极与其上方柔性上摩擦层和柔性下摩擦层的对应区域构成一个单电极模式的摩擦纳米发电机，作为摩擦电式三轴力传感单元的子单元。
5、所述的柔性下摩擦层圆心处有圆柱形支撑柱，与柔性凸起同轴线放置。两者同步变形，在法向和切向的外力分量作用下分别产生压缩和弯曲的变形响应，进而引起4个子单元响
6、本专利技术涉及一种基于上述摩擦电式的三轴力传感阵列的三轴力解耦测量方法，通过测量并计算每个三轴力传感单元的子单元的信号平均值得到外力法向分量；通过测量两个非相邻子单元间的信号差值得到其连线方向上的外力切向分量。
7、技术效果
8、本专利技术采用摩擦电传感原理，具有全柔性、自供电、易于集成等优点。对于单个三轴力传感单元，采用柔性凸起结构，在不同方向的力分量作用下发生不同的形变响应，进而在不同电极间产生非对称的信号输出，从而实现对三轴力的解耦测量。进一步地将单元按所需形状阵列化排布，从而实现面域上的三轴力分布测绘。提出的解耦测量三轴力的方法实施过程简单，计算难度低，具有很强的工程实用性。本专利技术综合性能优异，有望在人机交互界面、智能机械手和生物力学研究等领域推广应用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征在于，由数个摩擦电式的三轴力传感单元阵列化排布而成，其中每个摩擦电式三轴力传感单元包括：由上而下依次设置的柔性凸起、柔性上摩擦层、柔性下摩擦层、柔性电极层以及与柔性电极层相连的测量电路，其中：柔性上摩擦层与柔性下摩擦层组成摩擦副，柔性上摩擦层、柔性下摩擦层和柔性电极层构成摩擦纳米发电机。
2.根据权利要求1所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的柔性电极层包括：N个对称排布的扇形电极，每个扇形电极与其上方柔性上摩擦层和柔性下摩擦层的对应区域构成一个单电极模式的摩擦纳米发电机，作为摩擦电式三轴力传感单元的子单元。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的柔性下摩擦层圆心处有圆柱形支撑柱，与柔性凸起同轴线放置，两者同步变形，在法向和切向的外力分量作用下分别产生压缩和弯曲的变形响应，进而引起子单元响应不同的摩擦电信号。
4.根据权利要求1或2所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的柔性凸起为球缺形结构，在不同外力分量的作用下会产生不同的变形响应。
5.根
6.根据权利要求1或2所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的柔性下摩擦层的上表面设有凹腔，该凹腔中心设有中央支撑柱，凹腔四周设N个气道，将凹腔与大气连通以维持腔室内的压力稳定。
7.根据权利要求6所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的气道为对称设置的矩形截面结构。
8.一种基于权利要求1-7中任一所述阵列的三轴力解耦测量方法，其特征在于，通过四个子单元的信号平均值表征外力法向分量；通过两个非相邻子单元间的信号差值表征其连线方向上的外力切向分量；
9.根据权利要求8所述的三轴力解耦测量方法，其特征是，所述的柔性上摩擦层与柔性下摩擦层之间存在空隙；初始阶段，由于两层材料电负性的不同，两者会通过接触起电效应而分别在各自表面稳定地带有正、负电荷；柔性凸起在法向力的作用下，带动柔性上摩擦层轴对称地向下变形，在柔性电极层的N个扇形电极中感应出轴对称的摩擦电信号；当柔性凸起在切向力的作用下发生弯曲时，带动柔性上摩擦层非轴对称地向下变形，在柔性电极层的N个扇形电极中感应出非轴对称的摩擦电信号，进而通过测量电路测量并分析摩擦电信号的幅值和非对称性可以解耦地测量三个坐标轴方向的力分量。
...【技术特征摘要】
1.一种摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征在于，由数个摩擦电式的三轴力传感单元阵列化排布而成，其中每个摩擦电式三轴力传感单元包括：由上而下依次设置的柔性凸起、柔性上摩擦层、柔性下摩擦层、柔性电极层以及与柔性电极层相连的测量电路，其中：柔性上摩擦层与柔性下摩擦层组成摩擦副，柔性上摩擦层、柔性下摩擦层和柔性电极层构成摩擦纳米发电机。
2.根据权利要求1所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的柔性电极层包括：n个对称排布的扇形电极，每个扇形电极与其上方柔性上摩擦层和柔性下摩擦层的对应区域构成一个单电极模式的摩擦纳米发电机，作为摩擦电式三轴力传感单元的子单元。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的柔性下摩擦层圆心处有圆柱形支撑柱，与柔性凸起同轴线放置，两者同步变形，在法向和切向的外力分量作用下分别产生压缩和弯曲的变形响应，进而引起子单元响应不同的摩擦电信号。
4.根据权利要求1或2所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的柔性凸起为球缺形结构，在不同外力分量的作用下会产生不同的变形响应。
5.根据权利要求1或2所述的摩擦电式的三轴力传感阵列，其特征是，所述的柔性上摩擦层的底部对称排布2n个倒圆台，该倒...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡松涛，李浩然，史熙，彭志科，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。