[发明专利]一种微小型触觉传感元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微小型触觉传感元件及其制备方法，该触觉传感元件主要应用于机器人触感皮肤的技术领域。

背景技术

随着科技的进步和工业生产中对机器人触感要求的逐步提高，机器人皮肤技术得到迅速发展。

特开2002-236059号所记载的触压检出的触觉传感器，是线圈和电容器串联的LC共振回路。在线圈受到触压的时候，线圈的电感L发生变化，LC串联回路的共振频率也就发生变化，这里的LCR串联回路的共振频率能够被检波装置检测出来，成为触感判断的识别依据。

然而，这类触觉传感器不仅构造相对复杂，而且只有当线圈的电感L发生变化时才能引起共振频率变化，而对于施加给触觉传感器微弱触压的情况，线圈的电感L几乎没有变化，相对应的也就无法引起共振频率的明显变化，所以这类触觉传感器存在检出感度低的固有缺陷。

特开2005-49331所记载的传感元件使用二重旋卷微碳弹簧，触压检出的触觉传感器是LCR共振回路，但由于构成二重旋卷微碳弹簧的两根碳丝紧密地旋卷在一起，几乎象圆微管状一样，他们的伸缩性等物性很有限，构成触觉传感元件的时候对于所施加的触压不能产生充分的变形，也会导致感度不够；而且二重旋卷微碳弹簧和基体树脂混合的时候，其一是分散不够充分，其二是圆筒状的线圈里面残留气泡，故也存在着机械和电气性能受限的问题。此外，还有一种高弹性的二重旋卷微碳弹簧，其虽然两根碳丝以比较大的螺距旋卷，但是形态不够规则，所以信号稳定性受限，对信号稳定性有高要求的情况下不适用。

发明内容

针对背景技术中所提及的问题，本发明提出一种微小型触觉传感元件及其制备方法，目的在于提供电气性能良好、感度高的触觉传感元件方案，在机器人皮肤等高敏度传感应用领域带来革新性发展。

本发明之微小型触觉传感元件，包括

主体，该主体是基体树脂和一重旋卷微碳弹簧的复合物，所述一重旋卷微碳弹簧于基体树脂内取向排列，并沿着其弹簧轴以一定的弹簧直径和螺距规则地旋卷；

一对电极，与所述主体固化一体。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述一重旋卷微碳弹簧的碳丝直径为0.05-2微米，螺径为0.1-50微米，螺距为0.1-50微米。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述一重旋卷微碳弹簧的碳丝直径为0.2-1.5微米，螺径为1-10微米，螺距为0.25-5微米。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述一重旋卷微碳弹簧的添加量占主体总质量的0.1-10%。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述一对电极平行放置，而所述一重旋卷微碳弹簧的取向为与所述一对电极相垂直的方向，或为与所述一对电极相垂直的方向有小于或等于15度夹角的方向。

本发明之微小型触觉传感元件的制备方法，包括以下步骤：

步骤a、在石墨基板上培育生长一重旋卷微碳弹簧，并满足碳丝直径为0.05-2微米，螺径为0.1-50微米，螺距为0.1-50微米；

所述一重旋卷微碳弹簧生长过程：将含有铁、锡、硫的矿物负载至多孔催化剂载体上，在氮气环境下控制反应温度在600～900℃，通入碳氢化合物和氢气形成微纳米碳源，生长而成；

步骤b、成型用的浇注模中预埋设有一对电极，将从石墨基板上切割下来的一重旋卷微碳弹簧装在该浇注模上，并将一重旋卷微碳弹簧沿轴向两端拉伸固定，所述一重旋卷微碳弹簧的弹簧长度取0.05-2毫米；

步骤c、于浇注模中加入基体树脂和硬化剂，调制放置5-8小时，固化成型制得成品。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述一重旋卷微碳弹簧的添加量占主体总质量的0.1-10%。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述基体树脂的JISA硬度要求在15-50的范围。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述的基体树脂可采用硅树脂、聚氨酯或环氧树脂。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述浇注模为金属注模，其规格为10mm*10mm*3mm。

本发明与现有技术相比，其优越性体现在：应用取向后的一重旋卷碳微弹簧和基体树脂的复合物作为触觉传感元件的电容器，使用本发明触觉传感元件的触觉传感器可以做成小尺寸而保持高感度、信号稳定，质量轻、机械和电气性能优良，特别适用于内创手术等尖端医疗器械领域与仿生机器人领域。

附图说明

图1为本发明之一重旋卷微碳弹簧的扫描电子显微图。

图2为本发明之微小型触觉传感元件的结构示意图。