[发明专利]一种仿生柔性三维力传感器及其三维力检测方法

说明书

本发明公开一种仿生柔性三维力传感器及其三维力检测方法，包括：传感器基底,传感器基底的底面设置为固定面，传感器基底的侧面设置为受力面，传感器基底的上表面设置有仿生沟槽结构，仿生沟槽结构为模拟蝎子缝感受器的呈现扇形分布的多沟槽结构；导电层，导电层为多个，分别设置在仿生沟槽结构及仿生沟槽结构周围一定范围内，每个导电层之间默认状态不接触；电极，包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极用于将仿生沟槽结构上的导电层连接为并联结构；三维力为三轴向力，可同时检测三个方向的力，包括X轴、Y轴、以及垂直力的Z轴。本发明提供的仿生柔性三维力传感器，在不依靠阵列应变片的前提下，使单一传感器可以检测三维力。

技术领域

本发明涉及仿生应变传感器技术领域，尤其涉及一种仿生柔性三维力传感器。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，单向的力传感器在应用中逐渐满足不了要求。传统的一维力学传感器，只能测出一个方向力的大小，面对不断变化力的方向，需要采用三维力传感器，但现有三维力传感器往往是将多个电阻应变片阵列组合在一起达到三维力的检测。电阻应变片可将机械构件上应变的变化转化为电阻变化。具体而言，当被测件受力变形时，粘贴在被测件表面的电阻应变片也会发生形变，进而电阻随外力作用而发生变化。但电阻应变片通常对其在被测件上的贴法要求十分高，贴片位置发生微弱偏差，也会影响准确数值，使得同一件被测件，用电阻应变片进行重复试验得到的数据都会存在差异性。这限制了三维力传感器的性能。

因此，现有三维力传感器技术亟待改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种仿生柔性三维力传感器及其三维力检测方法，本发明提供的仿生柔性三维力传感器，在不依靠阵列应变片的前提下，使单一传感器可以检测三维力。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种仿生柔性三维力传感器，其中，包括：

一种仿生柔性三维力传感器，其中，包括：

传感器基底,所述传感器基底的底面设置为固定面，所述传感器基底的侧面设置为受力面，所述传感器基底的上表面设置有仿生沟槽结构，所述仿生沟槽结构为模拟蝎子缝感受器的呈现扇形分布的多沟槽结构；

导电层，所述导电层为多个，分别设置在所述仿生沟槽结构及仿生沟槽结构周围一定范围内，每个导电层之间默认状态不接触；

电极，所述电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极为多电极组，每个第一电极与一导电层连接，所述第二电极为单电极，各个仿生沟槽结构上的导电层与所述第二电极共连接，所述第一电极和第二电极用于将仿生沟槽结构上的导电层连接为并联结构；

所述三维力为三轴向力，可同时检测三个方向的力，包括X轴、Y轴、以及垂直力的Z轴。

所述的仿生柔性三维力传感器，其中，所述呈现扇形分布的多沟槽结构、为沟槽结构整体呈现扇形分布的多沟槽结构。

所述的仿生柔性三维力传感器，其中，所述多沟槽结构的沟槽数量为N，其中N大于等于三。

所述的仿生柔性三维力传感器，其中，所述沟槽结构中的单个沟槽的整体形貌为直沟槽或者规则的弧形沟槽。

所述的仿生柔性三维力传感器，其中，所述仿生沟槽结构的横截面结构是三角形，下端尖角小于60°。

所述的仿生柔性三维力传感器，其中，所述受力面为传感器与外界力接触的地方，三维力施加在所述受力面；

所述受力面的形状受施力物体的影响，所述受力面大小和形状与施力物体与传感器接触的面大小形状一致。

所述的仿生柔性三维力传感器，其中，所述固定面为与具有仿生沟槽结构的面相对的对称面，用于固定传感器。