[发明专利]基于叉指电极的三维力触觉传感器及机器人柔性手指

说明书

本发明公开了一种基于叉指电极的三维力触觉传感器及机器人柔性手指包括自上而下依次设置的压头、压敏膜、分隔层、叉指电极组和薄膜，其中叉指电极组包括位于中心处且用于检测法向力的第一叉指电极和围绕第一叉指电极四周设置且用于检测切向力的第二叉指电极，所述分割层上对应开设有可供叉指电极组穿过与压敏膜相导通的通孔。本发明利用第一叉指电极检测法向力，利用第二叉指电极检测切向力，实现了当接触一些表面不规则的物体时三维方向上力探测。

技术领域

本发明涉及一种触觉传感器，尤其涉及基于叉指电极的三维力触觉传感器及机器人柔性手指。

背景技术

随着机器人技术的发展，触觉传感器的研究已受到越来越多的关注。目前对单维力传感器的研究较为成熟，但是作为机器人的智能皮肤，不仅需要传感器能实现对表面垂直压力的检测，同时也需要传感器能够检测水平方向的剪切力。如机器人握持物体时，需要感知切向力，同时感知正向压力。当机器人接触一些表面不规则的物体时，需要实现三维方向甚至多维方向力的探测。三维力触觉传感器的研制已经成为智能机器人技术的一个重要研究领域。现有技术(CN109238519A)公开了一种混合式柔性触觉传感器，该传感器的组成包括屏蔽层、柔性基底、平面叉指电极、绝缘间隔层、弹性电介质层和触头层；其中，由下至上依次为屏蔽层、柔性基底、绝缘间隔层、弹性电介质层和触头层；所述的绝缘间隔层为框状结构，平面叉指电极粘接在柔性基底上，并位于绝缘间隔层的内框之中；绝缘间隔层的厚度比平面叉指电极的厚度多0.01mm～0.06mm。该现有技术中电容部分的电极是采用平面叉指电极结构，取消了上浮电极，有利于触觉传感器的柔性化和微型化；采用电容式和电阻式互补的结构，利用电阻式结构作为电容式结构的拓展结构，可以扩大其测量范围；但是现有技术所述的平面叉指电极，周围的四个“E”状叉指电极分别和高电平相连并共用中间与低电平相连的十字型叉指电极，主要用于检测法向力，该平面叉指电极仅能检测单一方向上的力，无法满足三维或者多维方向力的检测。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的提供一种可同时检测法向力和切向力的基于叉指电极的三维力触觉传感器。

本发明的第二目的是提供一种机器人柔性手指。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于叉指电极的三维力触觉传感器，包括自上而下依次设置的压头、压敏膜、分隔层、叉指电极组和薄膜，其中叉指电极组包括位于中心处且用于检测法向力的第一叉指电极和围绕第一叉指电极四周设置且用于检测切向力的第二叉指电极，所述分割层上对应开设有可供叉指电极组穿过与压敏膜相导通的通孔。

其中，第一叉指电极和第二叉指电极围成十字架排布，且第一叉指电极和第二叉指电极均相互独立工作。

优选的，压头上具有与第一叉指电极对应设置的第一凸起和与第二叉指电极对应设置的第二凸起，其中第一凸起厚于第二凸起。

再者，第一凸起的厚度H1为0.8～1mm，第二凸起的厚度H2为0.3～0.5mm。

进一步，第一叉指电极和第二叉指电极均包括自下而上依次设置的第一导电层、第二导电层和反应层，其中第一导电层为Cu层，第二导电层为Ni层，反应层为Au层。

优选的，第一叉指电极的指宽与第二叉指电极的指宽相同

再者，第一叉指电极的间距密于第二叉指电极的间距。

进一步，第一叉指电极的面积大于第二叉指电极的面积。

再者，压头、压敏膜、分隔层、叉指电极组和薄膜均为柔性材料构成。

本发明公开了一种机器人柔性手指，包括位于柔性手指指面处的基于叉指电极的三维力触觉传感器。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：