[发明专利]一种软体机器人手的三维凸面柔性触觉传感器及制造方法

权利要求书

1.一种软体机器人手的三维凸面柔性触觉传感器,其特征在于：包括从上到下依次层叠布置并通过加热固化依次粘合的具有三维凸面式结构的上封装层（1-1）、公共电极层（2）、传感阵列单元层（3）、下电极层（4）与下封装层（1-2）；所述上封装层（1-1）与下封装层（1-2）组成封装层，形成封装膜；所述公共电极层（2）由同等厚度的公共电极（2-1）与公共电极基底（2-2）嵌合构成；所述传感阵列单元层（3）由同等厚度的传感单元（3-1）与传感单元基底（3-2）嵌合构成；所述下电极层（4）由同等厚度的直线结构电极（4-1）与直线电极基底（4-2）嵌合构成；

所述公共电极（2-1）由外圈半椭圆结构电极（5）、同中心等距分布的内圈椭圆结构电极（6）、十字结构电极（7）组成，所述十字结构电极（7）将被截断的外圈半椭圆结构电极（5）与内圈椭圆结构电极（6）连通，十字结构电极（7）的左侧一端设有与外部导线相连的外部导线端（11）；

所述传感单元基底（3-2）上设有传感单元分布椭圆虚线（10），所述传感单元分布椭圆虚线（10）包括外圈传感单元分布椭圆虚线（8）、内圈传感单元分布椭圆虚线（9），所述传感单元（3-1）的横切面均为直径600μm的圆，每个传感单元（3-1）的厚度为200μm，分布在外圈传感单元分布椭圆虚线（8）、内圈传感单元分布椭圆虚线（9）与曲面中心，内圈传感单元分布椭圆虚线（9）同中心等距离分布；

每一个传感单元（3-1）的下方配对一个直线结构电极（4-1），每一个传感单元（3-1）下表面都与直线结构电极（4-1）上表面准确贴合，每一个传感单元（3-1）上表面都与公共电极（2-1）下表面准确贴合；传感单元（3-1）所在的外圈传感单元分布椭圆虚线（8）和内圈传感单元分布椭圆虚线（9）分别与公共电极（2-1）的外圈半椭圆结构电极（5）和内圈椭圆结构电极（6）重合；同时公共电极层（2）与传感阵列单元层（3）均为三维凸面式结构，实现了公共电极（2-1）下表面与传感单元上表面（3-1）的精准贴合。

2.如权利要求1所述的一种软体机器人手的三维凸面柔性触觉传感器,其特征在于：公共电极（2-1）各处的宽度均为300 μm。

3.如权利要求1所述的一种软体机器人手的三维凸面柔性触觉传感器,其特征在于：所述直线结构电极（4-1）宽度为300μm，直线结构电极（4-1）之间不交错串联，呈现拟轴线对称排布，在每一个直线结构电极（4-1）的末端都连接有对应的外部导线。

4.如权利要求1所述的一种软体机器人手的三维凸面柔性触觉传感器,其特征在于：所述的封装层、公共电极基底（2-2）、传感单元基底（3-2）与直线结构电极基底（4-2）厚度均为200μm，材料为柔性的聚二甲基硅氧烷，公共电极（2-1）、直线结构电极（4-1）的材料为硅橡胶与银纳米片混合物，传感单元（3-1）的材料为硅橡胶、石墨烯与银纳米片混合物，材料的混合方式均为行星搅拌。

5.如权利要求1所述的一种软体机器人手的三维凸面柔性触觉传感器,其特征在于：所述三维凸面式结构通过激光扫描待安装面重构得到，所述传感单元（3-1）以传感阵列单元层（3）凸面中心为原点的初始位置坐标(x₀,y₀,z₀)，通过将传感单元初始位置坐标(x₀,y₀,z₀)、传感单元所测压力值F₀、软体机器人手指主动感知的位移矢量(x_H,y_H,z_H)与软体指尖刚度K联立计算，得到发生最大位移传感单元的位置坐标变化信息(x_max,y_max,z_max)与边缘接触物体传感单元的坐标信息(x_edge-i,y_edge-i,z_edge-i)，在由最大位移传感单元坐标与边缘接触点坐标重构绘制出曲面形状或球面曲率半径，计算测量出接触物体的曲率；其中最大位移传感单元为电阻阻值最先发生变化的传感单元，边缘接触物体传感单元为电阻阻值处在变化的临界点且电阻变化值小于传感单元初始电阻R₀的5%的传感单元。