[发明专利]一种基于电容电阻复合式的全柔性触压觉传感器

说明书

本发明公开一种基于电容电阻复合式的全柔性触压觉传感器，用于解决现有传感器不能同时检测触觉和压觉的问题，其特征在于：是在一柔性基底上呈上下结构设置有电容层和电阻层，电容层用于感知触觉信息，电阻层用于感知压觉信息，电容层位于电阻层的上方。本发明的全柔性触压觉传感器，与普通触觉传感器和压力传感器相比，既能分辨较小的触觉力，同时又能实现对较大的压力的测量，提高了传感器小量程段的分辨力和灵敏度，保证了传感器不同量程段的分辨率和精度；本发明的传感器的所用材料均具有柔性，同时将所有引线引至底部，使该传感器更易于阵列化，更便于维护。

技术领域

本发明属于传感技术领域，涉及一种应用于人工智能皮肤的全柔性触压觉传感器。

背景技术

人类皮肤是一个精巧又复杂的感知系统，在其中包含着多种生物传感器。这些传感器能够感知多种外界刺激，例如热量的变化、触摸、挤压、形变、化学腐蚀等等，人类皮肤不仅能够感知这些外界刺激，而且具有很高的灵敏性和分辨能力。人类皮肤对于机械刺激的感知，主要分为触觉感知和压觉感知，皮肤中的触觉小体可以感知触觉刺激，环层小体可以感知压觉刺激。触觉是由非常轻微且不足以引起皮肤形变的刺激产生，压觉是由能够引起皮肤形变的力产生。随着电子皮肤的发展，电子皮肤已经能够检测出多种外界刺激，并且被应用于机器人、触觉检测、温度监控、健康医疗等领域。常见的触觉传感器和压力传感器种类繁多，按其检测机理的不同主要分为：压阻式、压电式、电容式等几种。在电子皮肤的各种应用中，触觉和压觉占有极其重要的地位。

目前国内外研制出的触觉传感器只能检测一个较小的压力，压力传感器有一个较大的量程，但其分辨力相对于其小量程段来说是不足的。美国斯坦福大学的鲍哲南等人对两电极间的柔性填充物进行了微结构改造，采用空心球微结构，能非常灵敏地检测外界压力，但只能检测0～10kPa小量程段的应力。浙江大学的梅德庆等人，提出了一种用平顶金字塔微结构作为介电层的电容式触觉传感器，该传感器在触觉力检测上，具有很高的灵敏度，然而最大只能检测4N的应力。Yangyong Wang等人介绍了一种弹性基体内嵌的可拉伸织物传感器，可以实现2MPa应力检测，但小量程段应力检测灵敏度和精度不足。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有触觉传感器和压觉传感器所存在的不足之处，提出一种基于电容电阻复合式的全柔性触压觉传感器，以解决现有传感器不能兼具检测触觉力和压觉力功能的问题。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于电容电阻复合式的全柔性触压觉传感器，其特点在于：

本发明基于电容电阻复合式的全柔性触压觉传感器，其结构在于：是在一柔性基底上呈上下结构设置有电容层和电阻层，所述电容层用于感知触觉信息，所述电阻层用于感知压觉信息，所述电容层位于所述电阻层的上方。

所述电阻层以碳纳米管/炭黑填充硅橡胶为敏感材料；所述电容层以硅橡胶或PDMS为敏感材料(优选为硅橡胶)。

所述柔性基底以聚酰亚胺为材质。

所述电容层和所述电阻层皆采用上下电极结构；在柔性基底的上表面设置有下电极，在所述下电极的上方设置有电阻层，在所述电阻层的上方设置有公共电极，在所述公共电极的上方设置有电容层，在所述电容层的上方设置有上电极，在所述上电极的上方设置有柔性保护层；所述电阻层以所述公共电极作为上部电极，以所述下电极作为下部电极；所述电容层以所述上电极作为上部电极，以所述公共电极作为下部电极。

所述上电极和所述公共电极以有机硅导电银胶为材料，所述下电极以铜为材料。

所述柔性保护层为硅橡胶层，用于保护上电极和防滑。