[发明专利]一种非阵列式超级电容式触觉传感器及应用

说明书

本发明为一种非阵列式超级电容式触觉传感器及应用，该传感器包括上电极层、下电极层和位于两电极层之间的离子凝胶层以及空气层；所述上电极层和离子凝胶层之间为空气层，所述离子凝胶层在通电时能在上下表面聚集正负电荷；上电极层连接电源正极a，下电极层接地b，在上电极层的上表面上沿横纵方向设置两组测量电极，每组测量电极均包括两个测量电极，这两个测量电极到上电极层中心的距离相等。该传感器采用的是非阵列式，采用离子凝胶层以及空气作为中间层，实现了对正压力的大面积精确定位，在受到正压力时上电极层与离子凝胶层接触可形成超级电容，从而测定正压力的位置。

技术领域

本发明涉及触觉传感器，具体是一种非阵列式超级电容式触觉传感器及应用，该传感器能用于测量正压力的位置和/或正压力的大小。

背景技术

触觉传感器是机器人与外部环境直接作用的必需媒，它可直接测量对象与环境之间的多种性质与特征。随着社会生活进步，机器人与人之间的接触越来越密切，对机器人的研究越来越深入，赋予其相应的视觉、触觉对实现机器人与人的协作有重要的意义。触觉对实现机器人的智能化尤为重要，它可以向机器人直接反映周边环境的各种信息。目前视觉相对来说发展已经成熟，触觉的发展还在不断地研究发展中。目前研究的触觉皮肤传感器，其主要功能是用来感受机械外力，并且缺乏柔性。

现有的触觉传感器大多数为阵列式触觉传感器。阵列式触觉传感器在大面积使用时引线较多，调理电路较为复杂，并且在制作过程中，若增大电极宽度，即可增大有效电容，同时也会增大产生的噪声电容，无法解决有效电容与噪声电容之间的矛盾。

申请号为201621268241.5的专利公开了一种具有图案化微结构阵列的电容式触觉传感器，该压力传感器设计微结构图案，加工制备方法复杂，同时采用阵列电容，会产生很高的信噪比，寄生电容的影响较大，并且阵列电容产生较多的电极引线，加工工艺要求高，不易大规模进行加工。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种非阵列式超级电容式触觉传感器及应用。该传感器采用的是非阵列式，采用离子凝胶层以及空气作为中间层，实现了对正压力的大面积精确定位，在受到正压力时上电极层与离子凝胶层接触可形成超级电容，从而测定正压力的位置。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种非阵列式超级电容式触觉传感器，其特征在于该传感器包括上电极层、下电极层和位于两电极层之间的离子凝胶层以及空气层；所述上电极层和离子凝胶层之间为空气层，所述离子凝胶层在通电时能在上下表面聚集正负电荷；上电极层连接电源正极a，下电极层接地b，在上电极层的上表面上沿横纵方向设置两组测量电极，每组测量电极均包括两个测量电极，这两个测量电极到上电极层中心的距离相等。

该传感器还包括压电层，压电层位于下电极层的下表面，压电层与外部测量电荷设备连接。

一种上述的非阵列式超级电容式触觉传感器的应用，该传感器用于正压力测试，测量正压力的过程是：通过导线将两组测量电极连接在数据采集卡的接线端子上，通过数据采集卡来实现对电压信号的采集；同时将压电层连接至测量电荷设备，利用测量电荷设备测量压电层产生的电荷量；

当传感器受到正压力的刺激时，使得压缩产生的应变不断增大，上电极层产生形变，从而与离子凝胶层接触，形成超级电容，电容量发生改变，导致测量的电势差产生变化；在外部检测电路采集电压信号时，传感器的测量电极选择差分的测量方式，按照横向纵向设置两组测量电极，通过测量两组电极之间的电压，来确定受力位置；而最下面的压电层在受到正压力时产生形变，从而使压电材料极化，产生电荷，再由测量电荷设备测量产生的电荷量，来确定正压力的大小。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1.本发明中将超级电容应用到传感器中，上下极板分别采用柔性电极，中间层采用离子凝胶层及空气层，整体结构具有高柔性，可实现拉伸、卷曲、按压等变形。整体结构厚度可控，通过调节各层的力学特性和厚度可应用于不同场合。