[发明专利]一种基于液态金属的触觉传感器、阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于液态金属的触觉传感器、阵列及其制备方法，属于传感技术领域，触觉传感器，包括：上层弹性体、下层弹性体，所述上层弹性体和下层弹性体粘连形成微流道；其中，所述微流道包括2N段子微流道，相邻子微流道相通且垂直排布；液态金属，所述液态金属充满所述微流道；2N+1根导线，所述2N+1根导线从所述微流道两端和中间等间距引出，并连接到数据采集设备，以同时测量相互垂直的两个方向的应变。通过检测每段子微流道中液态金属的电压变化，得到所述触觉传感器自身的变形以及接触力的位置和大小。如此，本发明的触觉传感器能够实现精确地感知和控制。

技术领域

本发明属于传感技术领域，更具体地，涉及一种基于液态金属的触觉传感器、阵列及其制备方法。

背景技术

触觉对于生物来说是不可或缺的一部分，是生物感知外界环境作用力的重要环节。同样，对于类生物体(如仿章鱼臂、仿人手等刚体或软体操纵器)来说，触觉传感器也是它们感知环境及自身状态，完成任务的必要组件。对于刚体操纵器，市场上存在大量技术成熟的应变与触觉传感器或传感器阵列，它们基于电阻/压阻、隧道效应、电容、光学、超声波、电磁或者压电效应等原理。

但是对于软体操纵臂来说，这些刚性传感器由于材质较硬、不易变形或者体积庞大等原因，难以集成到软体操纵器上，并且会破坏软体本身柔软的特性。此外，现有的软体触觉传感器，一方面原理复杂，测量装置笨重；另一方面测量参数单一，要么只测量应变要么只测量压力。因此，设计和制造能贴合软体操纵器的柔性应变与触觉传感器阵列仍存在巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于液态金属的触觉传感器、阵列及其制备方法，其目的在于解决软体机器人缺乏自身形状感知和触觉感应的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于液态金属的触觉传感器，包括：

上层弹性体、下层弹性体，所述上层弹性体和下层弹性体粘连形成微流道；其中，所述微流道包括2N段子微流道，相邻子微流道相通且垂直排布；

液态金属，所述液态金属充满所述微流道；

2N+1根导线，所述2N+1根导线从所述微流道两端和中间等间距引出，并连接到数据采集设备，以同时测量相互垂直的两个方向的应变。

进一步地，通过检测每段子微流道中液态金属的电压变化，得到所述触觉传感器自身的变形以及接触力的位置和大小。

进一步地，所述上层弹性体和下层弹性体采用硅胶制作而成。

进一步地，所述液态金属为镓铟合金。

本发明另一方面提供了一种基于液态金属的触觉传感器阵列，包括多个独立的上述触觉传感器。

本发明另一方面提供了一种上述触觉传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)制作所述上层弹性体和下层弹性体的模具；

(2)将脱泡后的硅胶分别浇注在上层弹性体模具和下层弹性体模具中，固化成型后取出；

(3)另取脱泡后的硅胶均匀涂抹在下层弹性体表面，再将上层弹性体带有微流道的一面，均匀地盖在涂抹有硅胶的下层弹性体上，待固化粘连；

(4)将液态金属注入微流道中；

(5)将细导线埋入微流道的2N+1个出口，并用同质硅胶涂抹在接口处进行密封。

进一步地，步骤(4)包括：使用一个注射器将液态金属注入微流道中，使用另一个注射器从微流道的其他出口抽出空气，直至液态金属充满微流道。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：