[实用新型]一种基于零泊松比结构的电容式触觉传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于零泊松比结构的电容式触觉传感器，包括上电极层、下电极层和位于两电极层之间的零泊松比结构介电层；所述零泊松比结构介电层由若干个元胞结构构成；所述元胞结构成阵列排列，顶层的元胞结构的上表面为一层平滑的柔性光敏树脂层，用于与上电极层连接；底层的元胞结构的下表面为一层平滑的柔性光敏树脂层，用于与下电极层连接；每个元胞结构的纵截面为凸字形结构，凸字形结构的下底面凹陷；元胞结构的外胞壁与竖直方向的夹角始终为α；传感器受到正压力的刺激时，由于α的值始终不变，使得垂直于载荷方向的横向应变始终为零，只产生载荷方向的应变，等效泊松比始终为零。

技术领域

本实用新型涉及触觉传感器，具体是一种用于测量正压力的基于零泊松比结构的电容式触觉传感器。

背景技术

触觉传感器是机器人与外部环境直接作用的必需媒介。它可直接测量对象和环境的多种性质特征。随着人类生活的进步，机器人与人之间的合作越来越密切，对机器人的研究越来越深入，赋予其相应的视觉、触觉对实现机器人与人更好的协作有重要的意义。目前视觉相对来说发展已经成熟，但触觉的发展还在不断地研究发展中。触觉对实现机器人的智能化尤为重要，它会向机器人直接反映周边环境的各种信息。但是目前研究的触觉皮肤传感器，其主要功能是用来感受机械外力，并且缺乏柔性。

现有研究表明，在介电层中添加不同形式的微结构，在触觉刺激下的力学特性会提高触觉传感器的灵敏度。目前大多数采用的介电层材料都是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，利用PDMS材料液态-固态转化特性，实现不同的结构制备。但PDMS材料作为电子皮肤介电层的生产原料，其柔软度不够。柔性光敏树脂打印出的介电层，柔软度更好。

申请号为201610644815.2的文献公开了一种三明治式柔性电容式压力传感器及其制备方法，该压力传感器加工制备方法复杂，同时采用多电极电容，会产生很高的信噪比，寄生电容的影响较大，并且采用绑定银浆的方法作为引线，加工工艺要求高，不易大规模加工。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种基于零泊松比结构的电容式触觉传感器。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于零泊松比结构的电容式触觉传感器，其特征在于该传感器包括上电极层、下电极层和位于两电极层之间的零泊松比结构介电层；所述零泊松比结构介电层由若干个元胞结构构成；所述元胞结构成阵列排列，顶层的元胞结构的上表面为一层平滑的柔性光敏树脂层，用于与上电极层连接；底层的元胞结构的下表面为一层平滑的柔性光敏树脂层，用于与下电极层连接；每个元胞结构的纵截面为凸字形结构，凸字形结构的下底面凹陷；元胞结构的外胞壁与竖直方向的夹角为定值；传感器受到正压力的刺激时，夹角的值始终不变。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

1、中间的介电层采用柔性光敏树脂，利用光固化技术打印而成，具有一定的柔软性，通过合理的结构设计，实现泊松比为零，在检测正压力时，减少了横向应变，避免横向应变对分析受力大小造成的误差，其力学特性会有效提高传感器的灵敏度，使压力最大限度的转换成电容，测量电容量更准确，提高了压力检测精度。

2、零泊松比结构的设计是由泊松比的定义ν＝-ει/ε来确定的，其中ν代表泊松比，定义为横向正应变ει与轴向正应变ε的绝对值比值。因此需要横向正应变为零，只有纵向应变，从而可以提高触觉传感器的检测精度与灵敏度。

3、该传感器的上下电极层与介电层为整体结构，减少了三层结构间密封接合不严所造成的测量误差。

附图说明

图1是本实用新型基于零泊松比结构的电容式触觉传感器一种实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型基于零泊松比结构的电容式触觉传感器一种实施例的介电层结构示意图；