[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

说明书

本发明公开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，传感器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封装层、公共电极层、传感阵列单元层、下电极层；传感阵列单元层设有分布在凸面中心与椭圆虚线上的传感单元；公共电极层设有用于连接所有传感单元的半椭圆结构电极、椭圆结构电极与十字结构电极，电极之间相互连通；下电极层设有用于连接传感单元与外部导线的直线结构电极。本发明实现其与人手指尖的低应力贴合，结合接触物体时传感单元阵列的电阻变化与软体指尖的刚度，测量接触物体的曲率，同时传感器具有较好的柔性，可应用在软体机器人手，并在智能机器人的复杂精细化作业方面有极大发展潜力。

技术领域

本发明涉及柔性触觉传感器，尤其是涉及了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。

背景技术

机器人技术的不断发展，智能机器人已成为制造领域、服务领域中的重要一员，柔性触觉传感器是智能机器人上用于感知的关键器件，为机器人提供力、振动、接触物体特性等触觉信息，软体机器人手是智能机器人实施抓取的关键部位，为机器人提供灵活抓取的能力。随着机器人需应用到越来越复杂的工况中，为进一步提高智能机器人的适用性与灵活性，具备复杂触觉信息（如曲率）采集能力的触觉传感器，与将柔性触觉传感器应用于软体机器人手受到了广泛关注。

传统的柔性触觉传感器为二维平面式，应用于机器人手时需要改变自身初始应力状态进行装配，如进行预拉伸、粘结剂粘合等，难以测量接触物体的曲率特性等触觉信息。同时，将这类触觉传感器应用于软体机器人手时，软体机器人手表面形貌会发生较大变化，使软体机器人位置难以精准监控。

因此，当前应用于软体机器人手的柔性触觉传感器存在以下问题：1）结构为二维平面式，安装时与安装曲面作用产生较大应力应变，初始状态受到破坏，无法基于初始状态测量接触物体的曲率；2）软体机器人手表面形貌因与柔性触觉传感器装配发生变化，降低了软体机器人手的控制精确度，成为发展精细化作业智能机器人手的阻碍。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了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，其具体技术方案如下。

一种软体机器人手的三维凸面柔性触觉传感器,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、公共电极层、传感阵列单元层、下电极层与下封装层；所述上封装层与下封装层组成封装层，形成封装膜；所述公共电极层由同等厚度的公共电极与公共电极基底嵌合构成；所述传感阵列单元层由同等厚度的传感单元与传感单元基底嵌合构成；所述下电极层由同等厚度的直线结构电极与直线电极基底嵌合构成。

进一步的，所述公共电极由外圈半椭圆结构电极、同中心等距分布的内圈椭圆结构电极、十字结构电极组成，所述十字结构电极将被截断的外圈半椭圆结构电极与内圈椭圆结构电极连通，十字结构电极的左侧一端设有与外部导线相连的外部导线端。

进一步的，公共电极各处的宽度均为300 μm。

进一步的，所述传感单元基底上设有传感单元分布椭圆虚线，所述传感单元分布椭圆虚线包括外圈传感单元分布椭圆虚线、内圈传感单元分布椭圆虚线，所述传感单元的横切面均为直径600μm的圆，每个传感单元的厚度为200μm，分布在外圈传感单元分布椭圆虚线、内圈传感单元分布椭圆虚线与曲面中心，内圈传感单元分布椭圆虚线同中心等距离分布。

进一步的，每一个传感单元的下方配对一个直线结构电极，每一个传感单元下表面都与直线结构电极上表面准确贴合，每一个传感单元上表面都与公共电极下表面准确贴合；传感单元所在的外圈传感单元分布椭圆虚线和内圈传感单元分布椭圆虚线分别与公共电极的外圈半椭圆结构电极和内圈椭圆结构电极重合。

进一步的，所述直线结构电极宽度为300μm，直线结构电极之间不交错串联，呈现拟轴线对称排布，在每一个直线结构电极的末端都连接有对应的外部导线。