[发明专利]一种微气囊式柔性三维力传感器

说明书

本发明涉及一种微气囊式柔性三维力传感器，包括柔性传力柱和设置在柔性传力柱下方的柔性基座；所述柔性传力柱的底部设有若干均匀分布的上微型气囊；所述柔性基座上开设有下微型气囊；所述上微型气囊和下微型气囊中均设有微型压力传感器。由以上技术方案可知，本发明通过在柔性传力柱和柔性基座中以一定的排列方式包埋上微型气囊和下微型气囊，并通过设置在各微型气囊中的微型压力传感器来测量各微型气囊中的气压变化，从而测算出受到的加载力，实现三维力的测量。本发明降低了柔性三维力传感器的加工难度，提高了易用性。

技术领域

本发明涉及物理测量仪器技术领域，具体涉及一种微气囊式柔性三维力传感器。

背景技术

力学传感器是将各种力学测量量转换为电信号的传感器件，广泛应用于生产、生活中的各个方面。而且随着便携电子装置、可穿戴设备、智能机器人等机电装置的快速发展，具有体积小、重量轻、低功耗和高可靠性等优点的微小型传感器开始大量应用。根据制作材料的性质，力学传感器可分为全固态、半固态和柔性结构，其中柔性结构可应用于触觉传感器、机器人皮肤等需要适当弹性或匹配复杂外形的环境，因而具有更广泛的适用性。

目前使用的力传感器多为全固态或半固态结构，基于柔性结构的设计较少。而且大多数力传感器是基于电容原理或压阻原理将力学信息直接转换为电信号，这需要在柔性结构内部集成复杂的信号处理电路，不利于阵列化传感器的制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微气囊式柔性三维力传感器，该传感器不仅能够实现三维力的测量，还能够降低柔性三维力传感器的加工难度，提高易用性。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种微气囊式柔性三维力传感器，包括柔性传力柱和设置在柔性传力柱下方的柔性基座；所述柔性传力柱的底部设有若干均匀分布的上微型气囊；所述柔性基座上开设有下微型气囊；所述上微型气囊和下微型气囊中均设有微型压力传感器。以柔性弹力柱的中轴线为中线，若干个上微型气囊沿柔性传力柱的底部外圆周均匀对称分布。

进一步的，所述柔性传力柱的底面与柔性基座的顶面粘接相连，且柔性传力柱的中轴线、柔性基座的中轴线以及下微型气囊的中轴线三者重合。

进一步的，所述上微型气囊为开设在柔性传力柱底部的凹槽，且该凹槽的下端开口处被柔性基座的顶面密封。若干个上微型气囊均匀分布在下微型气囊的外周，且上微型气囊与下微型气囊不接触或不连通。

进一步的，所述下微型气囊为开设在柔性基座中间的通孔，且该通孔的顶部开口处被柔性传力柱的底面密封，底部开口处采用硅橡胶密封。

进一步的，所述下微型气囊为开设在柔性基座中间的开口向上的半埋孔，且该半埋孔的顶部开口处被柔性传力柱的底面密封。

进一步的，所述上微型气囊和下微型气囊采用错层分布。上微型气囊感应切向力，下微型气囊感应法向压力。

进一步的，所述柔性传力柱为采用柔性硅橡胶材质制成的圆柱体。

进一步的，所述柔性基座为采用柔性硅橡胶材质制成的具有规则外形的弹性垫片。

由以上技术方案可知，本发明通过在柔性传力柱和柔性基座中以一定的排列方式包埋上微型气囊和下微型气囊，并通过设置在各微型气囊中的微型压力传感器来测量各微型气囊中的气压变化，从而测算出受到的加载力，实现三维力的测量。本发明降低了柔性三维力传感器的加工难度，提高了易用性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖面结构示意图。

其中：

1、柔性传力柱，21-24、上微型气囊，3、柔性基座，4、下微型气囊。

具体实施方式