[发明专利]硅胶仿生指尖触-压觉敏感器件有效

专利信息
申请号: 201810115212.2 申请日: 2018-02-06
公开(公告)号: CN108461624B 公开(公告)日: 2021-09-24
发明(设计)人: 苏春建;杨洪锡;程然;李勇;于洋;董艺璇;赵泽轩;郭广鑫;张磊;殷文英;王清 申请(专利权)人: 山东科技大学
主分类号: H01L41/053 分类号: H01L41/053;H01L45/00;B06B1/14
代理公司: 青岛智地领创专利代理有限公司 37252 代理人: 韩孟霞
地址: 266590 山东省青岛*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 硅胶 仿生 指尖 敏感 器件
【说明书】:

发明公开了一种硅胶仿生指尖触‑压觉敏感器件,包括自上而下依次设置的硅胶上基底、敏感阵列机构、感应电极机构和硅胶下基底;硅胶上基底的表面上设置有若干个应力感应突起,敏感阵列机构包括自上而下依次设置的上传感单元、上电极阵列、多个压力敏感片、绝缘衬底、下传感单元和下电极阵列,感应电极机构包括自上而下依次设置的上感应电极、弹性层和下感应电极,上感应电极耦合在所述下电极阵列的下表面,下感应电极耦合在所述硅胶下基底的上表面。本发明通过仿生人体指尖结构,不仅可以实现小量程的触觉敏感感知,也能够实现大量程的压觉敏感感知,大大提高了仿生敏感器件对外界敏感感知测量的精度。

技术领域

本发明属于仿生敏感感知技术领域,尤其涉及一种可应用于医用仿生机器人手指、人工智能等领域的硅胶仿生指尖触-压觉敏感器件。

背景技术

触-压觉是指皮肤受机械刺激时产生的感觉。物体与皮肤接触,轻微不引起皮肤变形的刺激所产生的感觉为触觉,引起皮肤变形而产生的感觉为压觉。其中,表皮中有感受轻微刺激的迈克尔盘,真皮中有负责触觉的迈斯纳小体、触觉小体和鲁菲尼小体,皮下组织中有负责压觉的帕西尼小体。

仿生指尖触-压觉敏感器件在人工智能、人机交互中占据着越来越重要的地位,仿生指尖触-压觉敏感器件的作用,就是模拟皮肤的触-压觉神经感知系统,感知与外界环境接触的作用点及接触力大小,从而为人工智能提供路径规划、接触力控制等信息。

目前国内外对触-压觉敏感器件的研究,主要有金属应变片、半导体压阻、微机械等压力敏感器件类型。由于触-压觉敏感感知是仿生机器人触-压目标物的感觉,但是这些敏感器件的材料都是刚性材料,具有非线性,输出信号微弱,抗干扰能力较差,因此信号线需要采取屏蔽措施,只能测量一点或应变栅范围内的平均应变,不能显示应力场中应力梯度的变化,不能用于过高温度场合下的测量等缺陷。

由此可见,现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处,提供了一种全柔性、灵敏度高、性能稳定、重量轻、成本低、可操作性强、可应用于医用仿生机器人手指、人工智能等领域的硅胶仿生指尖触-压觉敏感器件。

本发明所采用的技术方案为:

硅胶仿生指尖触-压觉敏感器件,包括自上而下依次设置的硅胶上基底、敏感阵列机构、感应电极机构和硅胶下基底;所述硅胶上基底的表面上设置有若干个应力感应突起,应力感应突起用于感应外界力并将感应到的外界力传送至所述敏感阵列机构和感应电极机构;所述敏感阵列机构包括自上而下依次设置的上传感单元、上电极阵列、多个压力敏感片、绝缘衬底、下传感单元和下电极阵列,绝缘衬底上开设有若干个用于安装所述压力敏感片的通孔,各压力敏感片分别安装在与其位置相对的通孔内,上、下电极阵列的电极面均与所述压力敏感片相接触;所述感应电极机构包括自上而下依次设置的上感应电极、弹性层和下感应电极,上感应电极耦合在所述下电极阵列的下表面,下感应电极耦合在所述硅胶下基底的上表面。

所述硅胶上基底呈扁半球状。

所述上电极阵列的电极材料为经过光刻腐蚀后的ITO电极,且上电极阵列的电极按行阵列均匀排布,每行电极都是串联的;所述下电极阵列的电极材料为经过光刻腐蚀后的ITO电极,且下电极阵列的电极按列阵列均匀排布,每列电极都是串联的;所述上电极阵列的电极的行阵列与下电极阵列的电极的列阵列呈90°角放置。

所述硅胶仿生指尖触-压觉敏感器件还包括上铜带和上导线,上、下电极阵列均与上铜带和上导线相连,上铜带和上导线将上、下电极阵列引出,作为敏感信号传输端。

各所述压力敏感片均呈圆形,各压力敏感片的厚度小于通孔的厚度;所述压力敏感片由纳米炭黑、纳米二氧化硅、正己烷、硅胶按照质量比0.5:1:40:20制成。

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