[发明专利]一种高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法

权利要求书

1.一种高分辨率触觉传感器，其特征在于，包括柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板；

所述柔性导电层的两侧分别为作用面和接触面；所述接触面为平面结构，用于与外界交互以接受触觉事件；所述作用面朝向电容型指纹传感器的传感面，且作用面上均匀分布有若干凸起，所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合，且贴合面积与压力值成比例；所述印制电路板与电容型指纹传感器电气连接，用于获取所述电容型指纹传感器输出的灰度图像信号。

2.根据权利要求1所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述柔性导电层采用柔性导电硅胶制成。

3.根据权利要求1所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述柔性导电层作用面上的凸起结构均为半球形，所有凸起呈正交阵列排布。

4.根据权利要求1所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述高分辨率触觉传感器还包括名义压力值转换模块；所述名义压力值转换模块用于统计所述灰度图像中有效接触点的个数；所述有效接触点为灰度图像中传感面与所述凸起接触处产生的像素点，并以接触面受压前后的有效接触点个数变化量表征接触面受到的名义压力值。

5.根据权利要求4所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述高分辨率触觉传感器还包括实际压力值转换模块；所述实际压力值转换模块中设有名义压力值与实际压力值的转换方程，用于将接触面受到的名义压力值转换为实际压力值。

6.根据权利要求1所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述高分辨率触觉传感器还包括外壳，柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板共同构成传感器主体；所述外壳由光固化树脂通过3D打印制成，包括能相互配合固定的底壳和顶壳；所述底壳为具有凹槽的结构，顶壳为中部镂空的框状结构；所述传感器主体置于底壳的凹槽中，上方盖设固定有顶壳。

7.一种高分辨率触觉传感器的制作方法，其特征在于，具体如下：

S11：将液态导电硅胶与固化剂混合后注入模具中，平整表面并去除混合物内部的气泡，静置至混合物固化完全，取出固化的混合物，得到柔性导电层；所述柔性导电层的作用面上均匀分布有若干凸起，接触面为平面结构；

S12：将电容型指纹传感器与印制电路板电气连接；

S13：将所述柔性导电层的作用面置于电容型指纹传感器上，使作用面上的所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合；组装后得到高分辨率触觉传感器。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，将所述电容型指纹传感器固定在带有串行外设接口的印制电路板的背面，使电容型指纹传感器的串行外设接口通过软排线与印制电路板的正面接口连接。

9.一种利用权利要求1～6任一所述的高分辨率触觉传感器的压力检测方法，其特征在于，具体如下：

当柔性导电层的接触面受到压力时，柔性导电层产生变形，使凸起结构与电容型指纹传感器中敏感元件的接触面积发生变化；所述接触面积与电容型指纹传感器的电容值大小成正比，使电容型指纹传感器采集到的图像中灰度值不同；通过统计图像中有效接触点的个数，得到名义压力值；通过所述名义压力值与实际压力值的转换方程，得到实际压力值。

10.根据权利要求9所述的压力检测方法，其特征在于，将所述电容型指纹传感器采集到的原始灰度图像通过SPI通讯协议传输到上位机中；利用上位机对原始灰度图像进行预处理，使原始灰度图像的对比度增强，得到预备灰度图像；根据柔性导电层作用面上凸起的数量，将所述预备灰度图像分割为同等大小的若干区域，每个所述区域包括一个凸起；将每个区域中的背景点去除，得到有效接触点；所述背景点为传感面不与所述凸起接触处在灰度图像中产生的像素点；通过统计有效接触点的个数，得到名义压力值。