[发明专利]一种可穿戴式柔性触觉力传感器

说明书

本发明公开了一种可穿戴式柔性触觉力传感器。包括具有凸起结构的封装层、中间层及具有微流道结构的基底层，各层通过PDMS加热固化依次进行粘合密封；封装层顶面有球状凸起结构，封装层设有用于将传感器紧密绑定在人手指表面的卡扣结构；基底层顶面中部有波浪形微流道结构，基底层顶面一端有仿指纹形微流道结构，基底层顶面另一端有四个储液槽；中间层底面有仿指纹形微凸起结构，液态金属注入微流道结构形成传感器敏感元件，与外部导线相连测量电阻的变化。本发明可以通过测量液态金属的电阻变化，从而测量手指施加在物体上的接触力以及检测手指弯曲程度，传感器具有较好的柔性和稳定性，可应用在软体机器人、智能假肢等领域。

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体涉及一种可穿戴式柔性触觉力传感器。

背景技术

触觉传感器在机器人、智能假肢、可穿戴电子设备等方面有广泛的应用。传统的触觉传感器通常是基于MEMS技术制作的，存在着柔性较差，使用寿命有限，制作工艺复杂，成本较高等问题，不适于复杂环境下的应用。因此有必要发展制造柔性传感器。

作为触觉传感器最重要的部件，现有柔性传感器的敏感元件材料主要包括银纳米线、碳纳米管、石墨烯、液态金属等。液态金属由于具有常温下呈液态、低毒性、高导电性和导热性等优异特性，是制作柔性传感器敏感元件的一种理想材料。当受到外力作用时，液态金属的电阻会发生改变，从而实现对接触力的测量。

目前，随着技术的不断发展，为满足智能设备对外界环境感知能力的要求，人们对于触觉传感器的要求越来越高，研制具有高柔性、高灵敏度的触觉传感器是必然的趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可穿戴式柔性触觉力传感器，利用液态金属在外力作用下电阻变化的特性，在传感器中设计微流道结构，使传感器具有测量接触力和检测手指弯曲程度的功能。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一、一种可穿戴式柔性触觉力传感器：

包括从上到下依次层叠布置的具有球状凸起结构的封装层、中间层和具有微流道结构的基底层，封装层、中间层和基底层通过PDMS加热固化依次进行粘合密封；封装层顶面一侧设有球状凸起结构，封装层的两侧设有用于将传感器紧密绑定在人手指表面的卡扣结构；基底层顶面的中部开设有波浪形微流道结构，波浪形微流道结构为沿S形布置的一条波浪形微流道；球状凸起结构正下方的基底层顶面一端开设有仿指纹形微流道结构，仿指纹形微流道结构为一条直线形微流道；基底层顶面另一端开设有四个凹槽作为储液槽，波浪形微流道结构的两端向四个凹槽中位于中间的两个凹槽延伸并连通，仿指纹形微流道结构的两端向四个凹槽中位于两侧的两个凹槽延伸并连通；球状凸起结构正下方的中间层底面设有和仿指纹形微流道结构配合安装的仿指纹形微凸起结构，仿指纹形微凸起结构和仿指纹形微流道结构的形状、布置和尺寸相吻合，使得仿指纹形微凸起结构嵌入仿指纹形微流道结构中并占据仿指纹形微流道结构的部分深度；仿指纹形微流道结构、波浪形微流道结构和凹槽中充满有液态金属，通过液态金属引出电信号进行柔性触觉力检测，传感器通过仿指纹形微流道结构所在部位测量手指表面受下压的压力数据，传感器通过波浪形微流道结构所在部位测量手指表面弯曲数据。

本发明的封装层、中间层和基底层均采用PDMS制成。

液态金属注入微流道结构形成传感器敏感元件，液态金属经外部导线相连输出自身电阻的变化：

在球状凸起结构受下压时，仿指纹形微凸起结构受压挤压仿指纹形微流道结构中的液态金属，进而改变与仿指纹形微流道结构连通的所有液态金属形成电阻，进而输出电信号检测到下压压力数据；

在基底层的波浪形微流道结构受弯曲时，波浪形微流道结构形态发生变化，进而改变与波浪形微流道结构连通的所有液态金属形成电阻，进而输出电信号检测到弯曲力数据。