[发明专利]一种多功能柔性触觉传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能柔性触觉传感器及其制备方法。本发明通过引入弹性层和柔性传感层并采用多层贴合的组装方法，获得具有新型结构的多功能柔性触觉传感器，其中，弹性层具有传导力学信息的微凸起阵列和传导温度信息的通孔阵列，柔性传感层包含压力学传感单元阵列、温度传感单元阵列和表面设有平面电极阵列的柔性绝缘基底。该结构能够实现传感器对于压力、滑动、温度这些触觉信息的多功能检测，并实现传感器对于触觉信息空间分布的实时检测，克服了现有技术中触觉传感器件测量功能单一的缺陷。本发明传感器可直接穿戴于机械手的手指末端并实时采集机械手的触觉信息，具有阵列化、多功能、可穿戴以及低成本、可定制的特点。

技术领域

本发明涉及电子固体器件以及用于控制系统的测量装置，尤其涉及一种可用于智能机器人的触觉感知控制系统的测量器件。

背景技术

柔性传感器在物联网时代扮演着基础性的重要角色，人工智能技术与微纳加工技术的显著进步更加推动了柔性传感器的研究与应用。触觉传感器是柔性传感器的重要组成部分，柔性触觉传感器的研发对于促进智能机器人、健康监护、人机交互、电子皮肤、消费电子等工业和生活领域的发展有着积极的作用和影响。特别地，触觉传感是机器人感知与控制的重要环节，具有先进传感性能和优良适配性的柔性触觉传感器对于提升机器人系统的智能感知能力和灵巧操控能力具有重大的意义。

近年来，石墨烯、碳纳米管、金属纳米材料、多孔纳米材料、导电聚合物等先进传感材料的创新研究使得柔性触觉传感器的传感能力得到了不断突破。现有的柔性触觉传感器已经在力学测量方面取得了显著进步。然而，目前已经报道的触觉传感器较多地依赖于微纳加工、半导体加工等复杂加工制造工艺，传感器的制造成本高、定制化程度低，并且，触觉传感器的传感功能较为单一，难以同时实现对压力、滑动、温度等多种触觉信息的检测，兼具传感单元阵列化、传感功能多元化、柔性可穿戴特点的触觉传感器是研究的难点。此外，柔性触觉传感器在机器人系统中的实际应用仍然面临技术性的挑战，常用的机械手往往采用刚性的压力传感器，导致机器人系统缺少柔性的传感阵列，而且大部分触觉传感器难以与表面形状不规则的机械手高度适配或紧密贴合，阻碍了触觉传感器在机械手系统中的集成与运用。综上所述，有必要面向智能机械手等机器人触觉感知控制系统，开发阵列化、多功能、可穿戴的柔性触觉传感器，并实现其低成本、可定制的加工制造。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新的多功能柔性触觉传感器及其制备方法，解决现有技术中触觉传感器件测量功能单一的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：本发明多功能柔性触觉传感器包括结合在一起的弹性层和柔性传感层，弹性层的表面设有微凸起阵列且弹性层具有通孔阵列，柔性传感层包含柔性绝缘基底、力学传感单元阵列、温度传感单元阵列和平面电极阵列，所述力学传感单元阵列、温度传感单元阵列和平面电极阵列位于弹性层和柔性绝缘基底之间，所述平面电极阵列设于柔性绝缘基底上，且各温度传感单元、各力学传感单元各自通过一对平面电极与外电路导通，各力学传感单元的正上方分布有所述微凸起以使微凸起能够将压力和滑动信息传导至该力学传感单元，每个通孔正对一个温度传感单元并能够将温度信息传导至该温度传感单元。

进一步地，本发明的每个微凸起的底面尺寸为微米级，相邻两个微凸起之间的间距大于0且小于等于1000 μm。

进一步地，本发明所述弹性层的通孔内设有弹性导热垫片，且弹性导热垫片贴合于该通孔所正对的温度传感单元的表面。

进一步地，本发明所述弹性导热垫片覆盖其所贴合的温度传感单元。

进一步地，本发明所述弹性导热垫片的厚度大于等于所述通孔的厚度。

进一步地，本发明还包括弹性指套，所述柔性传感层与弹性指套固定。

进一步地，本发明所述弹性层为弹性树脂层。