一種觸手結(jié)構(gòu)的仿生三維電容式觸覺傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種觸覺傳感器，尤其是設(shè)及一種觸手結(jié)構(gòu)的仿生=維電容式觸 覺傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 皮膚是人體最大的一個器官，觸覺的感知又是皮膚最重要的一項(xiàng)功能。隨著醫(yī)學(xué) 技術(shù)與智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，越來越多的截肢患者通過人工假肢重新實(shí)現(xiàn)了日常生活的 自理，而重塑觸覺感知，準(zhǔn)確還原觸覺信息，是實(shí)現(xiàn)人工假肢重建人體運(yùn)動功能關(guān)鍵的一 步。
[0003] 人工假肢的觸覺感知是通過觸覺敏感元件來識別對象的各種物理信息，因此構(gòu)建 一種類似人體皮膚的觸覺敏感元件實(shí)現(xiàn)觸覺感知的需求就顯得尤為重要。近年來，"機(jī)器人 觸覺敏感皮膚"作為一類新型的觸覺敏感元件已成為機(jī)器人觸覺傳感技術(shù)領(lǐng)域研究一個新 的熱點(diǎn)。機(jī)器人觸覺敏感皮膚指的是大面積、帶有數(shù)據(jù)處理能力的柔性微型傳感器陣列，可 W覆蓋在機(jī)器人表面，通過傳感器感知外部環(huán)境。
[0004] 在人工假肢工作過程中，假肢表面需貼合在任意曲面上，機(jī)器人觸覺敏感皮膚必 須設(shè)計成柔性結(jié)構(gòu)，同時能夠反復(fù)的彎曲和拉伸。因此傳統(tǒng)的娃片基底因其過高的剛度系 數(shù)并不適用于機(jī)器人觸覺敏感皮膚的制造，具有良好柔初性的多聚合物材料漸漸成為了制 造機(jī)器人觸覺敏感皮膚的主要材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種觸手結(jié)構(gòu)的仿 生=維電容式觸覺傳感器。
[0006] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本實(shí)用新型的傳感器從下至上依次由柔性PCB基板，娃橡膠電容式觸覺傳感單元 陣列組合而成；其中：
[000引 1)柔性PCB基板；從下至上由檢測電路導(dǎo)電層和接口電路導(dǎo)電層組成；檢測電路 導(dǎo)電層上表面有檢測電路，接口電路導(dǎo)電層上表面有接口電路；
[0009] 2)娃橡膠電容式觸覺傳感單元陣列；從下至上依次由娃橡膠電容下極板，電介質(zhì) 層和娃橡膠電容上極板組成；娃橡膠電容下極板的下底面安裝在柔性PCB基板的接口電路 導(dǎo)電層上表面上，娃橡膠電容式觸覺傳感單元陣列由NXN個結(jié)構(gòu)相同的娃橡膠電容式觸 覺傳感單元組成。
[0010] 所述檢測電路導(dǎo)電層材料為聚酷亞胺，檢測電路為4 X N條，每條有N檢測點(diǎn)。
[0011] 所述接口電路導(dǎo)電層材料為聚酷亞胺，由NXN個子單元構(gòu)成，每個子單元由四個 圓形的接口電路構(gòu)成，并形成一個圓環(huán)，四個圓形的接口電路下表面直接連接檢測電路導(dǎo) 電層的檢測電路，兩者電氣連通。
[0012] 所述娃橡膠電容下極板采用娃橡膠作為極板基底，上表面具有NXN組均圍成圓 環(huán)的四片電容檢測電極，每片均呈75°的扇形，四片電容檢測電極結(jié)構(gòu)上相互并聯(lián)，電氣上 相互不連通。
[0013] 所述電介質(zhì)層夾在娃橡膠電容下極板和娃橡膠電容上極板之間，材料為娃橡膠， 上表面具有NXN個環(huán)形凹槽。
[0014] 所述娃橡膠電容上極板采用娃橡膠作為極板基底，下表面具有NXN個圓形電容 公共電極，娃橡膠電容下極板上表面上的NXN組均圍成圓環(huán)的四片電容檢測電極與娃橡 膠電容上極板下表面上的NXN個圓形電容公共電極分別構(gòu)成四個電容傳感單元，形成并 聯(lián)回路。
[0015] 所述惰性橡膠觸手結(jié)構(gòu)為NXN個，安裝于娃橡膠電容上極板的上表面，分別與 NXN個圓形電容公共電極軸屯、對稱，材料為聚氨醋橡膠，形狀為圓柱結(jié)構(gòu)。
[0016] 所述娃橡膠電容下極板上的4NX N個電容檢測電極、電介質(zhì)層上的NX N個環(huán)形凹 槽、娃橡膠電容上極板下表面上的NXN個圓形電容公共電極和娃橡膠電容上極板上表面 的NX N個惰性橡膠觸手結(jié)構(gòu)中的N個數(shù)相等，且一一對應(yīng)布置，構(gòu)成NX N個結(jié)構(gòu)相同的娃 橡膠電容式觸覺傳感單元。
[0017] 本實(shí)用新型具有的有益效果是：
[0018] 1)采用觸手結(jié)構(gòu)的娃橡膠電容式觸覺傳感單元陣列，可W與被測對象的不規(guī)則表 面完全貼合，更為有效的實(shí)現(xiàn)微弱觸覺感知，提高測量效率和測量精度。
[0019] 2)每個娃橡膠電容式觸覺傳感單元均有四個中屯、對稱的電容傳感單元，可W有效 實(shí)現(xiàn)X-Y-Z S維壓力傳感，除了傳統(tǒng)的Z向壓力外，X-Y方向的剪切力也可W有效測量，完 美實(shí)現(xiàn)人工假肢的觸覺功能重建。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本實(shí)用新型傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是本實(shí)用新型傳感器結(jié)構(gòu)分層圖。
[0022] 圖3是本實(shí)用新型柔性PCB基板分層圖。
[0023] 圖4是本實(shí)用新型檢測電路導(dǎo)電層俯視圖。
[0024] 圖5是本實(shí)用新型接口電路導(dǎo)電層俯視圖。
[0025] 圖6是本實(shí)用新型娃橡膠電容式觸覺傳感單元陣列分層圖。
[0026] 圖7是本實(shí)用新型娃橡膠電容式觸覺傳感單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖8是本實(shí)用新型娃橡膠電容式觸覺傳感單元剖視圖。
[002引圖9是本實(shí)用新型娃橡膠電容下極板俯視圖。
[0029] 圖10是本實(shí)用新型電介質(zhì)層俯視圖。
[0030] 圖11是本實(shí)用新型娃橡膠電容上極板仰視圖。
[0031] 圖中；1、柔性PCB基板，2、娃橡膠電容式觸覺傳感單元陣列，3、檢測電路導(dǎo)電層， 4、接口電路導(dǎo)電層，5、檢測電路，6、接口電路，7、娃橡膠電容下極板，8、電介質(zhì)層，9、娃橡膠 電容上極板，10、娃橡膠電容式觸覺傳感單元，11、電容檢測電極，12、圓形電容公共電極， 13、惰性橡膠觸手結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0033] 如圖1所示，本實(shí)用新型的傳感器從下至上依次由柔性PCB基板1，娃橡膠電容式 觸覺傳感單元陣列2組合而成；其中：
[0034] 如圖2、圖3、圖4、圖5所示，柔性PCB基板1 ;從下至上由檢測電路導(dǎo)電層3和接 口電路導(dǎo)電層4組成；檢測電路導(dǎo)電層3上表面電鍛加工有檢測電路5,接口電路導(dǎo)電層4 上表面電鍛加工有接口電路6。
[0035] 如圖2、圖6、圖7所示，娃橡膠電容式觸覺傳感單元陣列2 ;從下至上依次由娃橡 膠電容下極板7,電介質(zhì)層8和娃橡膠電容上極板9組成；娃橡膠電容下極板的下底面安裝 在柔性PCB基板1的接口電路導(dǎo)電層4上表面上，根據(jù)測量要求，娃橡膠電容式觸覺傳感單 元陣列2由NXN個結(jié)構(gòu)相同的娃橡膠電容式觸覺傳感單元10組成，本實(shí)施例中為5X5個 娃橡膠電容式觸覺傳感單元。
[0036] 如圖4所示，所述檢測電路導(dǎo)電層3材料為聚酷亞胺，厚度為50 y m，檢測電路5為 4XN條，每條有N個檢測點(diǎn)，寬度為lOym。
[0037] 如圖5所示，所述接口電路導(dǎo)電層4材料為聚酷亞胺，厚度為50 y m，由NXN個子 單元構(gòu)成，每個子單元由半徑為10 y m，厚度為50 y m的四個圓形的接口電路6構(gòu)成，并形成 一個半徑為350 y m的圓環(huán)，四個圓形的接口電路6下表面直接連接檢測電路導(dǎo)電層3的檢 測電路5,使得兩者電氣連通。
[003引如圖6、圖9所示，所述娃橡膠電容下極板7采用娃橡膠