[实用新型]一种浮动电极式的三维电容触觉传感阵列

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种触觉传感阵列，尤其是涉及一种浮动电极式的三维电容触觉传感阵列。

背景技术

皮肤是人体最大的一个器官，触觉的感知又是皮肤最重要的一项功能。随着医学技术与智能机器人技术的发展，越来越多的截肢患者通过人工假肢重新实现了日常生活的自理，而重塑触觉感知，准确还原触觉信息，是实现人工假肢重建人体运动功能关键的一步。

人工假肢的触觉感知是通过触觉敏感元件来识别对象的各种物理信息，因此构建一种类似人体皮肤的触觉敏感元件实现触觉感知的需求就显得尤为重要。近年来，“机器人触觉敏感皮肤”作为一类新型的触觉敏感元件已成为机器人触觉传感技术领域研究一个新的热点。机器人触觉敏感皮肤指的是大面积、带有数据处理能力的柔性微型传感阵列，可以覆盖在机器人表面，通过传感阵列感知外部环境。

在人工假肢工作过程中，假肢表面需贴合在任意曲面上，机器人触觉敏感皮肤必须设计成柔性结构，同时能够反复的弯曲和拉伸。典型的机器人触觉敏感皮肤的采用上下两层感应电极层结构，两层感应电极层均需要加工出接口电路，由于直接接触被测对象的上感应电极层需要承受较大的弯曲和拉伸，脆弱的接口电路往往无法承受这种大变形，因此容易出现断裂等失效现象。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种浮动电极式的三维电容触觉传感阵列。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型的传感阵列由N×N个结构和尺寸相同的正方形传感子单元组成，其中N根据被测对象的大小而定，每个传感子单元从下至上依次由感应电极层、中心绝缘层、浮动电极层和表面层组合而成。

所述感应电极层，由下接口电路层和上接口电路层组成，所述两接口电路层均以柔性印刷电路板为基底；下接口电路层下表面有两条沿Y轴方向平行分布的接口电路，上接口电路层下表面有两条沿X轴方向平行分布的接口电路；上接口电路层上表面有四个对称分布的感应电极。

所述中心绝缘层，材料为硅橡胶，中心位置有四个的正方形凹槽，中心绝缘层的下表面安装在感应电极层的上表面，四个的正方形凹槽分别位于所述各自感应电极的上表面。

所述浮动电极层，下表面中心有一个正方形浮动电极，其面积大小足以覆盖感应电极层上表面的四个感应电极，浮动电极层的下表面安装在中心绝缘层的上表面，浮动电极层以硅橡胶为基底。

所述表面层，材料为硅橡胶，表面层中心为梯形块结构，表面层的下表面安装在浮动电极层的上表面。

所述每个传感子单元中感应电极层上的四个感应电极与浮动电极层上的浮动电极构成四个独立的电容单元。

所述感应电极层上的四个感应电极分别连接各自的接口电路，并对应四个输出端口，浮动电极层上的浮动电极不连接任何接口电路，呈浮动状态。

本实用新型具有的有益效果是：

1)每个硅橡胶电容式触觉传感子单元均有四个中心对称的电容单元，可以有效实现X-Y-Z三维压力传感，除了传统的Z向压力外，X-Y方向的剪切力也可以有效测量，完美实现人工假肢的触觉功能重建。

2)浮动电极式的传感阵列设计，由基于柔性印刷电路板的感应电极层和基于硅橡胶的浮动电极层替代传统的上下两层感应电极层结构，将较为脆弱的接口电路加工在底部的感应电极层上，在一定程度上提高了浮动电极层的挠曲刚度，使得该柔性电容触觉传感阵列可以承受更大的拉伸与弯曲。

附图说明

图1是本实用新型传感阵列结构分层图。

图2是本实用新型传感子单元结构图。

图3是本实用新型传感子单元剖视图。

图4是本实用新型感应电极层结构示意图。

图5是本实用新型下接口电路仰视图。

图6是本实用新型上接口电路仰视图。

图7是本实用新型上接口电路俯视图。

图8是本实用新型中心绝缘层俯视图。

图9是本实用新型浮动电极层仰视图。

图10是本实用新型表面层主视图。

图中：1、感应电极层，2、中心绝缘层，3、浮动电极层，4、表面层，5、传感子单元，6、下接口电路层，7、上接口电路层，8、接口电路，8’、接口电路，9、感应电极，10、浮动电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。