[发明专利]一种全柔性接近-触压觉传感器

说明书

本发明公开了一种全柔性接近‑触压觉传感器，其特征在于：呈垂直型“三明治”结构，是以有顶部无底部的柔性矩形腔体为支撑，从上至下依次设置有柔性接近觉传感单元、柔性触觉传感单元和柔性压觉传感单元。本发明全柔性接近‑触压觉传感器可实现接近‑触觉‑压觉全过程感知，为多功能电子皮肤提供了一种可行性设计思路。

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种全柔性接近-触压觉传感器。

背景技术

随着智能材料和柔性电子学的迅速发展，以及机器人技术、传感技术日益成熟，为智能机器人感知系统的研究及应用开辟了全新的道路。电子皮肤(e-skin)作为一种具备高柔韧度和拉伸性，且和人类皮肤一样可实现外界环境信息感知功能的人造柔性电子器件无疑成为智能机器人感知系统的核心。近年来，电子皮肤受到了科研工作者的广泛关注，在接近觉、触觉以及压觉等方面取得了可观的研究成果。

接近觉传感器主要应用于人机交互领域，其作用在于获取接近物体的准确距离和状态信息，从而辅助机器人实现软抓取、安全灵巧操作等。表1为视觉传感器、距离传感器与接近觉传感器的主要区别，虽然计算机视觉技术和距离传感技术已较为成熟，在检测范围、精度及响应时间等方面也可应用于人机交互领域实现安全交互，然而，因受操作空间、光线以及穿戴便携性等因素限制，在某些特定的应用场景诸如深海勘探、虚拟手术、虚拟装配以及智能抓取等应用领域很难满足实际应用需求。在人机交互环节中引入接近觉传感器，为智能机器人提供接近信息成为提升交互安全性的有效途径之一，具备不同结构与工作原理的接近觉传感器被逐渐提出。

表1视觉传感器、距离传感器与接近觉传感器的主要区别

合肥工业大学的黄英等人在接近觉传感器研究方面取得了较好的研究成果，提出了电阻-电容、电感-电容双模式接近觉传感器，双模式接近觉传感器克服了单一模式接近觉感知目标属性受限的弊端，并成功应用于机械手实现接近感知功能。然而，所提出的电感-电容双模式传感器是基于印刷电路板工艺，其非柔性特点限制该接近觉传感器无法安装在智能机器人手指、手臂等弯曲表面。基于平面结构的电阻-电容双模式接近觉传感器，电阻式和电容式接近传感单元处于同一平面，不利于提升接近觉传感器的集成度。基于平面多电极结构的电容式接近传感器的工作原理是：当目标物接近时，同面多电极间相对介电常数会发生相应变化，依据电容输出与目标接近物间函数关系可以检测接近信息。电容式接近觉传感器具有比电阻式接近觉传感器更高的响应速率和灵敏度，相比于电感式接近觉传感器，电容式接近觉传感器既可检测金属目标物也可检测非金属目标物的接近信息。另外，借助丝网印刷、旋涂、喷墨打印等工艺，可以很便利地制备超薄、高集成度的低剖面接近觉传感器。