[发明专利]柔性接近觉与压力触觉传感器、传感系统及柔性电子皮肤

说明书

一种柔性接近觉与压力触觉传感器、传感系统及柔性电子皮肤，传感器包括：电极层，所述电极层包括在空间上立体分布的弓形电极与封闭弓形电极的梯形叉指电极，二者整体呈弓‑梯形叠叉指状结构；以及柔性衬底组件，所述柔性衬底组件包括弓形电极柔性衬底、梯形电极柔性衬底和连接在两者之间的阶梯状棱柱结构介质层，弓形电极柔性衬底、梯形电极柔性衬底分别封装弓形电极和梯形叉指电极，阶梯状棱柱结构介质层由多个仿生弯曲蛙腿结构单体阵列而成。本发明具有更优越的灵敏度、动态响应等性能。

技术领域

本发明涉及一种柔性接近觉与压力触觉传感器、传感系统及柔性电子皮肤，属于柔性传感技术领域。

背景技术

近年来，随着新科技的浪潮，智能穿戴设备的市场份额越来越大，功能和外观的不断更新换代，带给人们不一样的生活体验。智能穿戴设备是把信息的采集、记录、存储、显示、传输、分析、等功能与我们的日常穿戴相结合，成为我们穿戴的一部分。智能穿戴设备包括头盔、眼镜、鞋垫袜子、书包手表等，未来可以深入到生活的方方面面。传感器作为可穿戴设备的感知端，尤为重要。进而接近觉与压力触觉传感器作为可穿戴传感器的一个重要分支，国内外学者对其研究便趋于追求更快的响应速度、更高的灵敏度、更宽的检测范围、更好的耐用性等。

全柔性材料、高精度感应、快速响应等一系列优良特性使得接近觉与压力触觉传感器可适应多数复杂环境，同时配套在一些可穿戴设备上可应用于众多领域。因此，接近觉与压力触觉传感器未来还有大发展，也必将在生活中的各方面发挥重要作用。科研人员充分利用各类柔性材料，包括橡胶、天然材料、高分子材料、仿生材料等固有的柔性，以及一些复合柔性导电材料的导电性或场效应，制成了各式接近觉与压力触觉传感器。

在现有的接近觉与压力触觉传感器技术中，已知一种机器人用柔性接近觉和触觉双模传感器，该传感器包括第一层柔性薄膜、弹性电介质以及第二层柔性薄膜，所述第一层柔性薄膜上通过导电油墨印制有第一电极，第二层柔性薄膜上通过导电油墨印制有第二电极；所述第一层柔性薄膜和所述第二层柔性薄膜分别在弹性电介质的两侧，通胶水将三者粘合成一个整体；所述第一电极和第二电极为两个交叉互补排布的图案化电极；第一层柔性薄膜上的第一电极和第二层柔性薄膜上的第二电极构成一个电容器，当外界物体逐步靠近传感器时，外界物体对所述电容器的边缘电场线进行部分拦截，所述电容器的电场强度降低，电容值减小，此为传感器的接近觉响应模式；当外界物体直接对传感器施加压力时，弹性电介质产生弹性形变，第一电极与第二电极之间距离减小，所述电容器的电场强度增强，电容值上升，此为传感器的触觉响应模式。

上述现有技术的不足之处在于，在触觉响应模式下，由于弹性电介质为平面层状结构，弹性模量低，因此导致灵敏度低、响应时间与恢复时间长；而在接近觉响应模式下，开放的边缘场使得采集信号容易受到干扰等不足，此类传感器难以阵列。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种柔性接近觉与压力触觉传感器、传感系统及柔性电子皮肤，具有抗干扰、兼容性好、全量程感知、高灵敏度、响应时间与恢复时间短的优良性能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种柔性接近觉与压力触觉传感器，包括：电极层，所述电极层包括在空间上立体分布的弓形电极与封闭弓形电极的梯形叉指电极，二者整体呈弓-梯形叠叉指状结构；以及柔性衬底组件，所述柔性衬底组件包括弓形电极柔性衬底、梯形电极柔性衬底和连接在两者之间的阶梯状棱柱结构介质层，弓形电极柔性衬底、梯形电极柔性衬底分别封装弓形电极和梯形叉指电极，阶梯状棱柱结构介质层由多个仿生弯曲蛙腿结构单体阵列而成。

一种电容式接近觉与压力触觉的传感系统，所述传感系统设置有一种电容式接近觉与压力触觉传感器。

一种柔性电子皮肤，设置有一种电容式接近觉与压力触觉传感器。