[发明专利]一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤

说明书

本发明公开了一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤。包括柔性上基底层、顶部电极层、粘合层、压力敏感层、温度‑接近复合敏感层和柔性下基底层从上到下依次紧密组装；压力敏感层与顶部电极层和温度‑接近复合敏感层共同实现压力感知；压力敏感层作为压敏电容的电介质；顶部电极层作为压敏电容的顶电极；温度‑接近复合敏感层在作为压敏电容的底电极的同时，其电阻值用于温度感知，其对地电容值用于物体的接近感知。本发明的制备基于可打印方案，有着轻薄、可定制、加工条件温和的优点，可作为工业生产、居家护理等场景中的人机交互接口，仅用三层功能材料即可实现压力感知、温度感知和接近感知的功能。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域的一种柔性皮肤，具体是一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤。

背景技术

服务型机器人正在逐渐进入我们的生产和生活，对人类社会发展起着日益重大的影响。协作机器人应用设计规范ISO TS 15066表明，人机交互越密切，设计要求就越高。频繁而复杂的人机交互场景对机器人的感知功能提出了更高层次的要求。仿生学是机器人领域的研究热点。触觉感知和温度感知，是生物体适应环境变化的基础手段。常规意义上的触觉包括对压力、剪切力、纹理等变量的感知。触觉传感器可辅助服务型机器人在非结构化的环境下完成预期动作、进行人与机器人安全交互。温度传感器可以辨识环境中的热源和冷源，使得机器人可以区分人与环境中的物体，进行有针对性的交互。模仿生物的触觉感知和温度感知，并在机器人皮肤中集成接近传感器，可以使机器人识别外界物体从接近到接触其本体的整个过程，进而胜任更复杂的工作场景，也有利于保证人机交互过程中的本质安全。

目前，被大面积应用的机器人皮肤多是基于传统的硅基电路，具有笨重、僵硬、不方便根据应用场景进行定制的缺点。结合打印工艺和柔性功能材料，通过在柔性基底上沉积薄膜来制得机器人皮肤，是一种可行的替代方案。然而，已有的可打印方案大多需要掩模版等媒介参与其中，生产的灵活性不高。此外，已有的柔性机器人皮肤，大多只有1到2种感知模态，对机器人感知能力的提升有限。如何通过简易、灵活的手段，制备出具有多种感知功能的机器人皮肤，依然具有研究价值。

发明内容

为了给机器人提供多种模态的感知能力，本发明提出了一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，仅用三层功能材料即可实现压力感知、温度感知和接近感知的功能，可以应用于智能人机交互。

本发明通过结合喷墨打印和点胶两种数字化加工技术，在柔性基底上逐层沉积图案，以制备轻便、柔顺、便于定制的机器人皮肤。同时，本发明将一层电极复用到多种感知功能中，提高了多模态传感器件的集成度，使得该机器人皮肤兼具多模态感知功能和轻便性；本发明通过合理设计各层的图案，以确保各种感知模态的性能。

本发明制备流程中的图案化均基于可打印方案，例如温度-接近复合敏感层通过喷墨打印制备、压力敏感层和顶部电极层通过点胶制备，有着轻薄、可定制、加工条件温和的优点，可作为工业生产、居家护理等场景中的人机交互接口。

本发明所采用的技术方案为：

本发明主要由柔性上基底层、顶部电极层、粘合层、压力敏感层、温度-接近复合敏感层和柔性下基底层从上到下依次紧密组装构成；

所述的柔性上基底层对该装置起保护作用，所述的柔性下基底层承载着整个装置；所述的粘合层位于压力敏感层和顶部电极层中间；

所述的温度-接近复合敏感层主要由阵列均匀分布、彼此之间串联的至少一个电极单元构成，电极单元经导线引出到外部采集电路，形成电极阵列；

所述的压力敏感层包含阵列均匀分布的至少四个电介质单元，分别位于顶部电极层的各个电极单元的正下方；

所述的顶部电极层包含阵列均匀分布的至少四个电极单元，每个电极单元被单独的引线电引出到外部采集电路；