[发明专利]仿生跳蚤电容式柔性压力触觉传感器、传感系统及电子皮肤

说明书

仿生跳蚤电容式柔性压力触觉传感器、传感系统及电子皮肤，传感器包括相对平行设置的第一电极层、第二电极层以及设置在所述第一电极层和第二电极层之间的介质层，所述介质层具有多个阵列式的介质层单元，每个所述介质层单元由单一的跳蚤仿生结构与空气间隙构成，其中所述跳蚤仿生结构包括两组对称、间隔布置的互锁体，每组所述互锁体由上下两个圆弧互锁而成，互锁位置形成中心圆，上圆弧、下圆弧对应的圆心连线与所述第一电极层、第二电极层垂直。本发明具有更高的检测灵敏度及更快的响应速度。

技术领域

本发明涉及压力触觉传感器领域，尤其是基于跳蚤仿生结构的电容式柔性压力触觉传感器、传感系统及电子皮肤。

背景技术

近年来，随着计算机技术、自动化控制技术、传感技术及人工智能的不断发展，机器人在智能制造、体育运动及康复医疗等领域得到广泛应用，并成为长期刚性需求。目前，智能机器人本体正朝着仿生化、自然交互、人机协同等方向发展，柔性应变传感器作为人机交互的重要桥梁，各种形式的柔性传感器作为智能机器人感知外界环境的方式，其研制及应用受到了国内外学者的广泛关注。

随着机器人工业化应用以及一些行业的高精度作业要求，对于机器人的制作要求越来越严苛，对于其压力检测范围、灵敏度的要求越来越高。因此，柔性压力触觉传感器作为机器人触觉传感器的一个重要分支，国内外学者对其研究便趋于追求更快的响应速度、更高的灵敏度、更宽的检测范围、更高的分辨率、更好的耐用性等。

虽然在国内外柔性压力应变传感器已有一定研究。虽然压力触觉传感器的类型多属于电容式、压阻式、压电式三个方向，工作原理较为简单，但设计一个新颖的结构尤为困难。

但是目前国内外传感器主要有三点不足：第一，微小压力传感器很难具有大的检测范围，而在大的触觉压力下传感器失效，限制了传感器的应用场景；第二，高灵敏度传感器经常伴随着复杂而又高成本的制造过程，在制造过程中引入更多的不确定性，进而限制大面积推广应用；第三，传感器依赖于温度等环境变量。

发明内容

为了克服相关技术的上述不足，本发明提供仿生跳蚤电容式柔性压力触觉传感器、传感系统及电子皮肤，具有迟滞低、灵敏度高、应变范围广及更快的响应速度。

本发明解决其技术问题采用的一种技术方案是：

仿生跳蚤电容式柔性压力触觉传感器，包括相对平行设置的第一电极层、第二电极层以及设置在所述第一电极层和第二电极层之间的介质层，所述介质层具有多个阵列式的介质层单元，每个所述介质层单元由单一的跳蚤仿生结构与空气间隙构成，其中所述跳蚤仿生结构包括两组对称、间隔布置的互锁体，每组所述互锁体由上下两个圆弧互锁而成，互锁位置形成中心圆，上圆弧、下圆弧对应的圆心连线与所述第一电极层、第二电极层垂直。

本发明解决其技术问题采用的另一种技术方案是：

传感系统，包括：壳体，设置在壳体内的控制电路，以及设置在所述壳体内的仿生跳蚤电容式柔性压力触觉传感器。

本发明解决其技术问题采用的再一种技术方案是：

电子皮肤，包括：所述的仿生跳蚤电容式柔性压力触觉传感器。

相比相关技术，本发明实施例的仿生跳蚤电容式柔性压力触觉传感器、传感系统及电子皮肤，首先，传感器通过两块平行的电极构成一个空间立体电容，由于电极上设置了仿生结构的介质层，在施加压力时，互锁体圆弧边无额外支撑易压缩，使得低压范围内的灵敏度较高，互锁体中心圆受压后为返回原状会产生较大的向心力，且随压缩程度增大而增大，获得较好的迟滞性。这种空间立体分布的电容优良性能使得本发明实施例相较于传统的压力传感器，具有迟滞低、灵敏度高、应变范围广及更快的响应速度。