[发明专利]一种正八棱台压阻式柔性触觉传感器阵列及其工作方法

说明书

本发明公开了一种正八棱台压阻式柔性触觉传感器阵列及其工作方法，其包括多个有序排列的敏感结构单元以及填充在敏感结构单元之间的由柔性绝缘材料制备而成的基体。柔性敏感结构单元为正八棱台结构，所述敏感结构单元包括八个侧面，上端面，以及与上端面平行的下端面，其中上端面的两条边平行于x轴，则有另外两条边平行于y轴，八个侧面分别贴有一个电触点。本发明降低了传感器电阻数据的耦合度，提高了辨别力的方向的能力，提高了精度及稳定性。

技术领域

本发明属于触觉传感器技术领域，具体涉及一种正八棱台压阻式柔性触觉传感器阵列及其工作方法。

背景技术

在过去的几十年中，随着触觉传感器的研究技术的迅速发展，以人体皮肤为灵感的软电子设备在健康监测和诊断，机器人技术和假肢修复方面吸引了广泛的研究关注。柔软可穿戴的压阻式压力传感器以其简单的机械结构，紧凑的结构，低成本和低功耗的能源以及易于信号采集和转换的优点，成为开发高级电子皮肤的最有吸引力的候选者之一。作为下一代电子产品，可穿戴软设备可以设置为与我们的身体融合，以扩展我们的感知或实时提供有关个人健康的重要见解，得益于其突出的传感功能，它可以用作仿生假体和机器人的人造皮肤或电子皮肤，这将大大改善人机交互并促进人工智能系统的发展。

目前，已经开发出具有不同结构和转导机制的各种压力传感器，例如电容式、压阻式、压电式、光学式等。其中，压阻式柔性触觉传感器由于具有易于构造、宽动态响应范围、灵敏度高和可阵列化排布等优势而被广泛使用。压阻式柔性传感器需要将所受压力，转化为传感单元的拉伸形变。如今，微结构是提高压阻式压力传感器(尤其是接触式电阻式压力传感器)性能的最常用技术之一。因此，设计合适的结构，辅助传感单元在受压力时的拉伸形变，对提升传感器的灵敏度至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种供一种精度以及稳定性高的正八棱台压阻式柔性触觉传感器阵列及其工作方法。

为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种正八棱台压阻式柔性触觉传感器阵列及其工作方法，其包括多个有序排列的柔性敏感结构(A)和填充在敏感结构单元(A)之间的由柔性绝缘材料制备而成的基底(B)，其特征在于，柔性敏感结构单元(A)为正八棱台结构，所述柔性敏感结构单元(A)包括八个侧面，上端面，以及与上端面平行的下端面，其中上端面的两条边平行于x轴，则有另外两条边平行于y轴，所述八个侧面分别贴有一个电触点。

所述敏感结构单元为矩形阵列排布。

所述柔性敏感结构单元由具有压阻效应的纤维素纳米纤维(CNF)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)和3，4-乙烯二氧噻吩单体(EDOT)所组成的聚合物(CNF-PSS：EDOT-PU)制备而成。

所述柔性基底由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备而成。

所述柔性敏感结构单元的上端面的边长为所述下端面的边长的两倍。

所述柔性敏感结构单元的高为上端面的边长的0.5倍。

所述敏感结构单元的上端面与四个侧面以及下端面等效形成电阻R1～ R8，通过测量敏感结构的等效电阻，根据压阻方程F_i＝f(R_i)，i＝1，2，3，4，5，6，7，8，可求得侧面及下端面的受力大小，其中f由聚合物(CNF-PSS：EDOT-PU)材料的物理性质决定。

所述传感器敏感结构单元A的三维力，通过以下公式解析获得：

F_x＝f₁(F₁，F₂，F₃，F₄，F₅，F₆，F₇，F₈)