[发明专利]一种可穿戴式柔性触觉力传感器

权利要求书

1.一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：包括从上到下依次层叠布置的具有球状凸起结构(2)的封装层(1)、中间层(3)和具有微流道结构的基底层(4)，封装层(1)、中间层(3)和基底层(4)通过PDMS加热固化依次进行粘合密封；封装层(1)顶面一侧设有球状凸起结构(2)，封装层(1)的两侧设有用于将传感器紧密绑定在人手指表面的卡扣结构(7)；基底层(4)顶面的中部开设有波浪形微流道结构(6)，波浪形微流道结构(6)为沿S形布置的一条波浪形微流道；球状凸起结构(2)正下方的基底层(4)顶面一端开设有仿指纹形微流道结构(5)，仿指纹形微流道结构为一条直线形微流道；基底层(4)顶面另一端开设有四个凹槽作为储液槽，波浪形微流道结构(6)的两端向四个凹槽中位于中间的两个凹槽延伸并连通，仿指纹形微流道结构(5)的两端向四个凹槽中位于两侧的两个凹槽延伸并连通；球状凸起结构(2)正下方的中间层(3)底面设有和仿指纹形微流道结构(5)配合安装的仿指纹形微凸起结构，仿指纹形微凸起结构和仿指纹形微流道结构(5)的形状、布置和尺寸相吻合，使得仿指纹形微凸起结构嵌入仿指纹形微流道结构(5)中并占据仿指纹形微流道结构(5)的部分深度；仿指纹形微流道结构(5)、波浪形微流道结构(6)和凹槽中充满有液态金属，通过液态金属引出电信号进行柔性触觉力检测，传感器通过仿指纹形微流道结构(5)所在部位测量手指表面受下压的压力数据，传感器通过波浪形微流道结构(6)所在部位测量手指表面弯曲数据。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：

液态金属注入微流道结构形成传感器敏感元件，液态金属与外部导线相连输出自身电阻的变化：在球状凸起结构(2)受到下压时，仿指纹形微凸起结构受压挤压仿指纹形微流道结构(5)中的液态金属，进而改变与仿指纹形微流道结构(5)连通的所有液态金属形成的电阻，进而输出电信号检测到下压压力数据；在基底层(4)的波浪形微流道结构(6)受弯曲时，波浪形微流道结构(6)形态发生变化，进而改变与波浪形微流道结构(6)连通的所有液态金属形成的电阻，进而输出电信号检测到弯曲力数据。

3.根据权利要求1所述的一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：

所述的四个凹槽在各自靠近基底层(4)边缘处均设置缺口槽，四个凹槽经电导线连接到外部的测电阻的数字万用表，电导线穿过缺口槽走线。

4.根据权利要求1所述的一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：

所述的仿指纹形微流道结构(5)的两端经各自的一条沿传感器长度方向布置的直线形微流道和四个凹槽中位于两侧的两个凹槽连通。

5.根据权利要求1所述的一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：

所述球状凸起结构(2)用于可穿戴式柔性触觉力传感器穿戴在手指上进行物体抓取动作时与物体表面接触，球状凸起结构(2)的中心厚度为1～2mm。

6.根据权利要求1所述的一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：

所述的封装层(1)的两侧部均向侧方凸出于中间层(3)和基底层(4)，所述的卡扣结构(7)包括设置在封装层(1)一侧部的凸起结构和设置在封装层(1)一侧部的凹孔结构，传感器紧密卷绕在人手指表面后，封装层(1)两侧绕经手指后到手指背后，凸起结构嵌装于凹孔结构中使得传感器绑定连接在手指周围。

7.根据权利要求1所述的一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：

所述柔性传感器的基底层、中间层和封装层材料为PDMS、硅凝胶或Ecoflex。

8.根据权利要求1所述的一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：

所述柔性传感器的基底层、中间层和封装层材料相同。

9.根据权利要求1所述的一种可穿戴式柔性触觉力传感器，其特征在于：

所述的液态金属包括镓(Ga)、镓(Ga)-铟(In)合金、镓(Ga)-铟(In)-锡(Sn)合金，以及过渡金属、固态非金属元素的一种或几种掺杂的镓、镓铟合金、镓铟锡合金。