【技术实现步骤摘要】
本申请涉及感知技术，具体地，涉及用于仿生体的触觉感知装置。
技术介绍
1、触觉是对接触、滑动、压觉等一种或多种机械刺激的感知能力的总称。一些情况下，也希望触觉包括对冷热、接近、光照的感知。因而狭义的触觉可以仅指对接触面上的力的感知，而广义的触觉包括压力、滑动、接触、冷热、接近等物理特征或事件的感知。感知相对量而无需感知绝对值也是触觉的特征之一。例如触觉需要感知皮肤与外部物体接触(也包括压力的大小)，但无需知晓物体作用在皮肤上的具体数值。这使得触觉传感器需要感知物理量的变化而无需知晓其绝对值。
2、多数动物的触觉感受器是遍布全身的，像人类皮肤位于人的体表，并且遍布全身。例如皮肤的大部分部分能感知针刺，即得益于触觉感受器在皮肤中的密集分布。不同部位的皮肤对不同物体的触觉不一样，这是因为不同触觉感受器分布的数量和种类不同。
3、触觉传感器的原理，主要有电阻、电容、压电、热电磁、磁电、力、光、超声和电阻应变等。
4、触觉传感器大体上包括感知(也称感测)与信息处理两部分。感知部分将要感知的物理量转化为例如电信号，信息处理部分处理电信号得到要感知的物理量的值。触觉传感器还可以包括通信单元与执行器。通信单元用于同外部交换感知结果，接收外部配置或控制，并用于组网以利用分布式传感器技术提升感知能力。执行器根据感知结果产生相应的动作，例如驱动手指持握物体或躲避危险。
5、在2023年9月颁布的《工业和信息化部办公厅关于组织开展2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作的通知》中(从https://wap.
6、(1)“力传感器”揭榜任务：面向人形机器人准确获取驱动关节和肢体末端触感力学信号的需求，突破稳定可靠的力传感器结构设计与制造、智能化信号处理与分析、多信息智能识别与模型分析等关键技术；研制系列化、高性能、低成本、智能化的新型力传感器；发展低成本、规模化的传感器生产制造方法，推动新型力传感器在人形机器人上的产业化应用。预期目标：到2025年，完成人形机器人系列化力传感器的设计与制造，满足驱动关节、手指、足底等肢体末端力测量需要，并在人形机器人上开展实际应用。传感器采用低成本、高性能的设计，精度达到0.5％fs，响应时间优于0.03s，具有智能信息采集与处理能力，提升力传感器的智能化水平。
7、(2)“mems姿态传感器”揭榜任务：面向人形机器人姿态控制对高性能、小型化姿态传感器的需求，突破传感器小型化结构设计、陀螺仪高精度加工工艺、智能响应姿态解算等关键技术；研制基于mems惯性器件的高性能姿态传感器；研究减小传感系统体积重量，降低功耗，提升传感器抗振动、抖动能力以及传输性能的方法；发展低成本、规模化传感器生产制造方法，推动新型mems姿态传感器在人形机器人上的产业化应用。预期目标：到2025年，完成高性能、低成本的mems姿态传感器研制，具有较强的抗振动和抖动性能，俯仰角和横滚角静态精度为0.1°，零偏稳定性(1σ，10s平滑)不低于0.3°/h，mems姿态传感器具有强的鲁棒性和智能稳定算法。
8、(3)“触觉传感器”揭榜任务：围绕人形机器人灵巧手使用工具、操作设备、分拣物品、高精度装配等能力，在灵巧手掌内配置触觉传感器，以感知操作目标的位姿、硬度、肌理等特征，提高灵巧手的智能化操作能力。研发小体积、高可靠性、高稳定性的人形机器人手部触觉传感器，满足人形机器人灵巧手感知、操作、交互等需求，提升新型触觉传感器自主设计与研发水平，推动触觉传感器的产业化应用。预期目标：到2025年，完成小体积高可靠性高稳定性的手部触觉传感器研制，实现指尖、指腹和掌面部位传感器阵列密度1mm×1mm(厚度≤0.3mm)；力检测范围0.1n/cm2～240n/cm2(10g/cm2～24kg/cm2)±5％；最小检测力10g。
9、对于触觉传感器揭榜任务，人形机器人手部触觉传感器的潜在候选技术包括mems压力传感器、柔性触觉传感器和六维力/力矩传感器等。
10、mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)压力传感器是融合了微电子技术与精密机械加工技术的高精度传感器。小体积、高精度以及高性价比使得其在人形机器人手部触觉传感器的竞争中具有潜力。在“人形机器人mems压力传感器详解，机器人或打开新场景”一文中介绍了多种mems力学传感器(从https://www.sohu.com/a/763634967_121838863可获得)。mems传感器依赖于先进的微加工技术，导致较高的研发和制造成本。
11、柔性触觉传感器的代表是tactarray触觉压力传感器(从https://pressureprofile.com/tactarray/conformable-tactarray可获得)。其由柔软的导电布支撑，可直接捕捉两个直接接触的物体之间的压力分布。由于导电布材料本身限制，其空间分辨率在毫米级并且难以进一步降低。
12、六维力/力矩传感器能够精确测量x、y、z三个方向的力和fx、fy、fz三个维度的力矩的绝对值。六维力/力矩传感器通常需要复杂的加载标定过程来实现对力在全量程范围内的精确测量。六维力/力矩传感器制造和应用部署标定过程都较复杂，并导致较高的成本，价格从数千到几十万元不等。通常在机器人的底座、关节、足底等肢体末端需要力测量的关键位置部署安装。
13、在中国专利申请cn108362427a(一种具有多功能层的接触传感器、电子皮肤和智能机器人)中提供了基于多功能层的触觉传感器，并实现了单个触觉传感器的体积在1mm3-100m3。但是受限于承载传感器的印刷电路板的线宽、厚度、感测电容的极板的材料厚度以及封装厚度，单个传感器的厚度难以满足揭榜挂帅任务单对测量精度的要求。
14、并且，在有限空间内要部署传感器阵列的大量传感器单元时，为每个传感器单元提供电连接通道也成为挑战。例如，要在1平方厘米范围内，部署上百个传感器单元，需要引出数百乃至数千根引线，这些引线的布置、隔离、彼此间抗干扰以及选择性连通都成为工程实践中的障碍。
15、在中国专利申请cn103870817b(一种射频式微电容指纹采集芯片及采集方法)中提供了射频式微电容指纹采集芯片。其结构上采用晶片顶层金属作为传感器电容的感测电极，用户手指作为传感器电容另一电极，用晶片的内部金属层作为校正电容的校正电极，而感测电极作为校正电容的另一电极。在操作原理上，通过产生射频信号给感测电容和校正电容依次充电和放电，获得手指表面的指纹纹理信息。然而，指纹采集芯片的原理是检测指纹的谷线与谷脊分别相对于感测电极形成的谷脊电容差，而不适于感知接触、接触压力的大小/方向、点接触(如针刺)，更无法感知接近但未接触的物体。
16、在中国本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于仿生体的触觉感知装置，包括半导体晶片与触觉感知结构；
2.根据权利要求1所述的触觉感知装置，其中，
3.根据权利要求2所述的触觉感知装置，其中，
4.根据权利要求1-3之一所述的触觉感知装置，其中，
5.根据权利要求1-4之一所述的触觉感知装置，其中，
6.根据权利要求5所述的触觉感知装置，其中，
7.根据权利要求5或6所述的触觉感知装置，其中，
8.根据权利要求7所述的触觉感知装置，其中，
9.根据权利要求8所述的触觉感知装置，其中，
10.根据权利要求7-9所述的触觉感知装置，其中，
11.根据权利要求7-10所述的触觉感知装置，其中，
12.根据权利要求5-11所述的触觉感知装置，其中，
13.根据权利要求5-12所述的触觉感知装置，其中，
14.根据权利要求1-4之一所述的触觉感知装置，其中，
15.根据权利要求14所述的触觉感知装置，其中，
16.根据权利要求15所述的触觉感知装置
17.根据权利要求14-16之一所述的触觉感知装置，其中，
18.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
19.根据权利要求18所述的触觉感知装置，其中，
20.根据权利要求18或19所述的触觉感知装置，其中，
21.根据权利要求20所述的触觉感知装置，其中，
22.根据权利要求18-21之一所述的触觉感知装置，其中，
23.根据权利要求18-22之一所述的触觉感知装置，其中，
24.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
25.根据权利要求24所述的触觉感知装置，其中，
26.根据权利要求24或25所述的触觉感知装置，其中，
27.根据权利要求24-26之一所述的触觉感知装置，其中，
28.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
29.根据权利要求28所述的触觉感知装置，其中，
30.根据权利要求28或29所述的触觉感知装置，其中，
31.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
32.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
33.根据权利要求34所述的触觉感知装置，其中，
34.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
35.根据权利要求1-4之一所述的触觉感知装置，其中，
36.根据权利要求35所述的触觉感知装置，其中，
37.根据权利要求1-36所述的触觉感知装置，其中，
38.根据权利要求1-37之一所述的触觉传感器芯片，其中
39.根据权利要求38所述的触觉传感器芯片，其中
40.根据权利要求38或39所述的触觉传感器芯片，其中
41.根据权利要求38-40之一所述的触觉传感器芯片，其中
42.根据权利要求1-37之一所述的触觉传感器芯片，其中
43.根据权利要求1-42之一所述的触觉感知装置，还包括柔性包裹结构，
44.根据权利要求43所述的触觉感知装置，其中
45.根据权利要求43或44所述的触觉感知装置，其中
46.根据权利要求43或44所述的触觉感知装置，其中
47.根据权利要求43-46之一所述的触觉感知装置，其中，
48.根据权利要求43-47之一所述的触觉感知装置，其中，
49.根据权利要求43-48之一所述的触觉感知装置，其中，
50.根据权利要求43-49之一所述的触觉感知装置，其中，
51.根据权利要求50所述的触觉感知装置，其中
52.根据权利要求51所述的触觉感知装置，其中
53.根据权利要求50-52之一所述的触觉感知装置，其中
54.根据权利要求50-53之一所述的触觉感知装置，其中
55.根据权利要求43-53之一所述的触觉感知装置，其中，
56.根据权利要求1-55之一所述的触觉感知装置，其中，
57.根据权利要求1-56之一所述的触觉感知装置，其中，所述半导体晶片的顶层金属层与所述触觉感知结构之间包括压电材料膜或介电弹性体膜，所述压电材料膜或介电弹性体膜作为所述多个第一电容的极板间的电介质。
58.根据权利要求57所述...
【技术特征摘要】
1.一种用于仿生体的触觉感知装置，包括半导体晶片与触觉感知结构；
2.根据权利要求1所述的触觉感知装置，其中，
3.根据权利要求2所述的触觉感知装置，其中，
4.根据权利要求1-3之一所述的触觉感知装置，其中，
5.根据权利要求1-4之一所述的触觉感知装置，其中，
6.根据权利要求5所述的触觉感知装置，其中，
7.根据权利要求5或6所述的触觉感知装置，其中，
8.根据权利要求7所述的触觉感知装置，其中，
9.根据权利要求8所述的触觉感知装置，其中，
10.根据权利要求7-9所述的触觉感知装置，其中，
11.根据权利要求7-10所述的触觉感知装置，其中，
12.根据权利要求5-11所述的触觉感知装置，其中，
13.根据权利要求5-12所述的触觉感知装置，其中，
14.根据权利要求1-4之一所述的触觉感知装置，其中，
15.根据权利要求14所述的触觉感知装置，其中，
16.根据权利要求15所述的触觉感知装置，其中，
17.根据权利要求14-16之一所述的触觉感知装置，其中，
18.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
19.根据权利要求18所述的触觉感知装置，其中，
20.根据权利要求18或19所述的触觉感知装置，其中，
21.根据权利要求20所述的触觉感知装置，其中，
22.根据权利要求18-21之一所述的触觉感知装置，其中，
23.根据权利要求18-22之一所述的触觉感知装置，其中，
24.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
25.根据权利要求24所述的触觉感知装置，其中，
26.根据权利要求24或25所述的触觉感知装置，其中，
27.根据权利要求24-26之一所述的触觉感知装置，其中，
28.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
29.根据权利要求28所述的触觉感知装置，其中，
30.根据权利要求28或29所述的触觉感知装置，其中，
31.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
32.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
33.根据权利要求34所述的触觉感知装置，其中，
34.根据权利要求14-17之一所述的触觉感知装置，其中，
35.根据权利要求1-4之一所述的触觉感知装置，其中，
36.根据权利要求35所述的触觉感知装置，其中，
37.根据权利要求1-36所述的触觉感知装置，其中，
38.根据权利要求1-37之一所述的触觉传感器芯片，其中
39.根据权利要求38所述的触觉传感器芯片，其中
40.根据权利要求38或39所述的触觉传感器芯片，其中
41.根据权利要求38-40之一所述的触觉传感器芯片，其中
42.根据权利要求1-37之一所述的触觉传感器芯片，其中
43.根据权利要求1-42之一所述的触觉感知装置，还包括柔性包裹结构，
44.根据权利要求43所述的触觉感知装置，其中
45.根据权利要求43或44所述的触觉感知装置，其中
46.根据权利要求43或44所述的触觉感知装置，其中
47.根据权利要求43-46之一所述的触觉感知装置，其中，
48.根据权利要求43-47之一所述的触觉感知装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾凡佑，孙滕谌，张大华，
申请(专利权)人：北京他山科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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