[发明专利]一种基于超级电容感知原理的柔性触觉手套及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于超级电容感知原理的柔性触觉手套及其制备方法，该触觉手套包括手套本体和设置在手套本体手掌和各手指指腹位置的柔性传感器层；柔性传感器层包括上电极层、下电极层及放置在上下电极层之间的离子纤维层，离子纤维层的上下表面分别紧贴上电极层的下表面、下电极层的上表面，上电极层、下电极层和离子纤维层三者的边缘固定在一起。该触觉手套整个手掌面均覆盖有阵列式的传感器单元，传感器单元的分布密度较高，可以精确感知触觉手套整个手掌和手指的压力分布。

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，具体涉及一种基于超级电容感知原理的柔性触觉手套及其制备方法，可用于人机交互的压力触觉感知。

背景技术

人类可以毫不费力地通过施加精确的控制力来操纵物体和工具，因为人有精确的触觉感知以及完善的触觉反馈系统，人体皮肤作为人体最大的器官，它是由一个集成的、可伸缩的、可将关于触觉和热刺激的信号传递给大脑的传感器网络组成，人的触觉可以感知持续的压力、横向皮肤拉伸和皮肤滑动等外界刺激，所以可以轻易实现手指位置、稳定抓取、切向力和运动方向等感觉功能。但是人体刺激感知单元的极度复杂性在很大程度上阻碍了人体皮肤功能的仿生研究，对现代机器人研究也是一项具有挑战性的任务。在机器人的应用中，基于计算机视觉的机器人抓取已经较为成熟，但目前对人体抓取物体时所依赖的触觉信息的研究很少，而研究人体抓握物体的触觉机制将是对视觉机器人的补充。精确的触觉感知及反馈可以让机器人更好的感知，未来的机器人将需要这些反馈来完成一些对人类来说微不足道的任务，比如拿着一个玻璃杯或在锁里插入一把钥匙。

近年来，关于人与机器人之间触觉交互的研究已经有了一定的成果，公布号为CN105242788A的专利公开了一种基于弯曲传感器的无线数据手套电路布线及传感器配置方法，根据手指的弯曲程度不同产生阻值的变化信号传送至微处理器处理后发送到无线传输模块，由无线传输模块通过无线接收模块发送到PC设备，该发明兼具实用性和经济性，但其仅限于对弯曲的测量，不能满足对触觉的要求。

Boutry.C.M[1]等提出了一种采用电子皮肤制作的手套，模拟人体皮肤表皮和真皮，并且提出了具有互锁微观结构的仿生电子皮肤概念，由一组电容器即碳纳米管(CNT)的顶部和底部电极嵌入彼此垂直定位的聚氨酯(PU)基体中形成，用于制作大面积的传感器时工艺复杂，只是将传感器贴到两个手套的指尖进行实验，并未考虑手掌和指尖关于触觉感知的分布设计，且其结构较为复杂，加工也复杂。

柔性触觉手套可以运用在很多场合，如需要精密灵活控制的工业作业现场，高危环境(反恐排爆、有毒物质、其他危险品)，医疗手术，医疗护理(搀扶、按摩等)。因此提供可同时满足高灵敏度、覆盖全手的高分辨率、轻薄柔软、有一定的伸缩性且可弯曲折叠和结构稳定的触觉手套有着极大的意义。

[1]Boutry.C.M,Negre M,Jorda M,et al.A hierarchically patterned,bioinspired e-skin able to detect the direction of applied pressure forrobotics[J].Science Robotics,2018,3(24):6914-6922.

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，提供一种基于超级电容感知原理的柔性触觉手套及其制备方法，该触觉手套采用超级电容感知原理，触觉手套的手掌面上分布有多个交叉电极形成的阵列式传感器单元，抓握物体时通过传感器单元对所接触物体进行感知，根据力的分布特征判断物体的形状。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：

一种基于超级电容感知原理的柔性触觉手套，包括手套本体和设置在手套本体手掌和各手指指腹位置的柔性传感器层；柔性传感器层包括上电极层、下电极层及放置在上下电极层之间的离子纤维层，离子纤维层的上下表面分别紧贴上电极层的下表面、下电极层的上表面，上电极层、下电极层和离子纤维层三者的边缘固定在一起；