[发明专利]传感器及确定力方向的方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体而言，涉及一种传感器及确定力方向的方法。

背景技术

触觉作为人们五大感官之一，在人类对事物认知历程中担当者重要角色。触觉技术是实现触觉交互的重要组成部分，通过触觉技术可以增强用户的视觉体验，比如，将压感触控功能应用于手机游戏行业，解决当今手机触屏无法实现“轻踩油门”等动作的弊端，通过触觉互动即可提升操控手感与视觉的真实性与沉浸感。传统人机方式往往是简单的基于X、Y轴坐标进行操控，为了扩展人机交互方式、丰富用户体验、建立更好的人机交互关系，需要更多地引入Z轴深度的交互操作，即三维交互。单一方向的触觉传感器仅能实现对触觉力大小进行表征，却无法辨识触觉力的方向。

随着“触觉交互”、“压感触控”等概念被逐渐引入手机、平板电脑等消费电子产品的研发中，触觉传感器成为国内外的研究热点之一。

针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未发现有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种传感器及确定力方向的方法，以至少解决相关技术中的触觉传感器无法辨识触觉力的方向的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种传感器，包括基体和极板，包括：弧面空腔基体，在所述弧面空腔基体的内壁分散设置一对或多对单电极电容的上极板；公共接地基体，在所述公共接地基体的内壁设置所述一对或多对单电极电容的公用下极板；其中，所述上极板与所述公用下极板构成电容器。

可选地，所述单电极电容为两对。

可选地，所述弧面空腔基体为半球形空腔基体，所述上极板为类八分之一球面形状的曲面电极。

可选地，所述弧面空腔基体为半球形空腔基体，，所述公共接地基体为与所述半球形等半径的圆形。

可选地，所述公用下极板的半径小于所述公共接地基体的半径。

可选地，所述一对或多对单电极电容的上极板中，相邻上极板之间存在间隙。

可选地，在所述上极板为偶数个的情况下，所述一对或多对单电极电容的上极板与所述公用下极板构成一对或多对差动式电容器，其中所述上极板的数量是所述差动式电容器的数量的两倍。

可选地，所述上极板和所述公用下极板之间的介质为空气。

可选的，所述弧面空腔基体和/或所述公共接地基体的材质为聚二甲基硅氧烷PDMS。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种确定力方向的方法，应用所述实施例的传感器，包括：接收三维力F；使用所述传感器确定所述F的方向。

可选地，在所述传感器包括电容器C1、C2、C3和C4时，使用所述传感器确定所述F的方向包括：

通过以下公式计算所述F在三维分量的输出电容值和

其中，X、Y、Z为空间维度，所述C1、C2、C3和C4的初始电容分别为和在所述F的作用下的输出变化量分别为ΔC₁、ΔC₂、ΔC₃和ΔC₄；

将所述和中最大值对应的方向确定为所述F的方向。

通过本发明，弧面空腔基体，在所述弧面空腔基体的内壁分散设置一对或多对单电极电容的上极板；公共接地基体，在所述公共接地基体的内壁设置所述一对或多对单电极电容的公用下极板；其中，所述上极板与所述公用下极板构成电容器。由于在弧面空腔基体的内壁分散设置一对或多对单电极电容的上极板，以此与公共接地基体上的下极板构成一对或多对单电极电容，并分散设置在弧面空腔基体的多个各个方向，通过各个方向的电容的变化分别感应各个方向的受力，因此解决相关技术中的触觉传感器无法辨识触觉力的方向的问题，达到了实现三维力的触觉感知的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的传感器的立体结构示意图；

图2是根据本发明实施例的确定力方向的方法的流程图；

图3是本发明实施例的差动式电容式三维力触觉传感器俯视图；

图4是根据本发明实施例的差动式电容式三维力触觉传感器侧视图；

图5是本发明实施例的差动式电容式三维力触觉传感器法向受力示意图；

图6是本发明实施例的差动式电容式三维力触觉传感器切向受力示意图。

具体实施方式