[发明专利]一种全方向滑觉传感器

说明书

一种全方向滑觉传感器，包括上部结构和下部结构，上部结构为一带有圆环形裙边的圆柱形结构，上部结构的材料为柔性材料，裙边的下表面上设有上电极，下部结构包括压阻薄膜、多个下电极和将压阻薄膜及多个下电极覆盖的绝缘薄膜，多个下电极围绕于压阻薄膜的外侧并间隔分布，压阻薄膜位于多个下电极围绕的中心，圆柱形结构的下表面对准压阻薄膜，传感器受到剪切力作用时，上部结构向力的方向倾斜，使得上电极与下部的绝缘薄膜接触，从而上电极与绝缘薄膜下方的下电极感应出电信号，传感器受到法向压力作用时，压阻薄膜在法向上发生形变，从而其自身电阻值随之改变。该滑觉传感器不仅能识别任意方向上的滑动，还能测量滑动的速度和剪切力大小。

技术领域

本发明涉及滑觉传感器，特别是涉及一种全方向滑觉传感器。

背景技术

机械手在抓握物体时，需要实时监测机械手与所持物体接触表面间相对运动的情况，以便确定合适的握力值，在不损伤物体的前提下抓牢物体。滑觉传感器是一种主要用于检测机械手和所持物体之间滑动或预滑动的装置，其性能直接决定机器人能否成功完成柔性抓握任务。

目前已开发出的滑觉传感器主要基于压电、压阻、电容等原理。一些滑觉传感器虽然能识别是否发生滑动，但是并不能测量滑动的方向和速度或者只能测量单个方向上滑动的方向和速度。

发明内容

本发明的主要目的在于弥补现有技术的不足，提供一种全方向滑觉传感器，该滑觉传感器不仅能识别任意方向上的滑动，还能测量滑动的速度和剪切力大小。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全方向滑觉传感器，包括上部结构和下部结构，所述上部结构为一带有圆环形裙边的圆柱形结构，所述上部结构的材料为柔性材料，所述裙边的下表面上设有上电极，优选为一层覆盖所述裙边的下表面的等厚度的上电极，所述下部结构包括压阻薄膜、多个下电极和将所述压阻薄膜及所述多个下电极覆盖的绝缘薄膜，所述多个下电极围绕于所述压阻薄膜的外侧并间隔分布，所述压阻薄膜位于所述多个下电极围绕的中心区域，所述圆柱形结构的下表面对准并压紧所述压阻薄膜，所述压阻薄膜用于测量法向压力，所述上电极和所述下电极用于感应不同滑动方向引起的摩擦起电信号，所述传感器受到剪切力作用时，所述上部结构向力的方向倾斜，使得所述上电极与下部的所述绝缘薄膜接触，从而所述上电极与所述绝缘薄膜下方的下电极感应出电信号，所述传感器受到法向压力作用时，所述压阻薄膜在法向上发生形变，从而其自身电阻值随之改变。

进一步地：

所述多个下电极沿同一圆周间隔分布，所述压阻薄膜位于所述多个下电极围绕的圆心区域，其几何中心与所述多个下电极所在圆周的圆心重合。

所述下电极为圆弧形电极，各圆弧形电极之间具有间隔，所述压阻薄膜上的测量端子通过所述间隔引出。

所述圆柱形结构的直径为1-3毫米，高度为3-6毫米，所述圆环形裙边的直径为3-8毫米，厚度为0.3-1毫米，所述圆环形裙边的下表面距所述圆柱形结构的下表面高度为0.5-2毫米。

所述下电极为圆弧形电极，所述下电极的内圆环直径为1.5-3.5毫米，外圆环直径为4-8毫米。

所述上电极的材料为铝、铜或银，厚度为200纳米至50微米，所述下电极的材料为金属或石墨烯，厚度为200纳米至50微米。

所述柔性材料为弹性聚合物材料。

所述绝缘薄膜的材料为PDMS、聚酰亚胺或聚四氟乙烯，厚度为200微米至600微米，宽度为100微米至1毫米。

所述压阻薄膜的材料为激光诱导多孔石墨烯或碳纳米管，厚度为150微米至250微米。

所述多个下电极为均匀间隔分布的四个下电极，所述四个下电极连接有呈辐射状向外引出的四个电极引出端子，所述压阻薄膜连接有通过所述下电极之间的间隔呈辐射状向外引出的四个测量端子。