CN111751038A - 基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，包括作为顶部覆盖的半球形触头和作为底部支撑的柔性基底，二者之间通过环形固定件连接并在内部间隔布设柔性半球形公共电极和四个柔性球曲面激励电极，构成四个呈空间立体分布的电容，整体呈“蘑菇型”结构。本发明的传感器具有更高的检测灵敏度及更快的响应速度，可用于电子皮肤、柔性可穿戴电子器件、软体机器人、智能假肢及人机交互等研究领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维力触觉传感器，尤其是一种基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，通过对外力大小及方向的感知，主要应用于电子皮肤、柔性可穿戴电子器件、软体机器人、智能假肢及人机交互等研究领域。
背景技术
近年来，随着信息技术的发展和智能化的推进，日常生活中越来越多的服务机器设施朝着智能化的方向发展，“智能时代”的到来几乎是大势所趋。与人类皮肤功能类似，三维力触觉传感器可以同时感知所受到的法向力和切向力，通过将其应用于机器人身上，可以实现触觉感知，而触觉感知作为实现机器人高度智能化和人机交互的核心关键，受到国内外研究学者的广泛关注，因而三维力触觉传感器的研究也显得尤为重要。
基于柔性、可穿戴和高灵敏度等优良特性，柔性三维力触觉传感器正在取代传统的刚性三维力触觉传感器，成为近年研究热点，在多种领域中得到广泛使用。例如：将柔性三维力触觉传感器应用于柔性可穿戴电子器件中，可制成智能服装，实时监测心率、呼吸节律等生理健康状况，保障人体健康；将柔性三维力触觉传感器应用于机器人电子皮肤中，通过感知外界环境，进行握手、抓取等“类人”动作；将柔性三维力触觉传感器应用于微操作机器人，进行微创、缝合等手术，降低手术风险；将柔性三维力触觉传感器应用于智能假肢中，提高残疾人的自理能力，进行正常人的生活等。因此，初步预测柔性三维力触觉传感器在未来社会中会快速发展，并逐渐渗入到我们的生活中成为必不可少的一部分。
在国外的相关研究中，
Pruvost等人开发了一款基于聚合物泡沫材料的电容传感器(Pruvost,
Smit W J,Monteux,Cécile,et al.Polymeric foams forflexible and highly sensitive low-pressure capacitive sensors[J].Npj FlexibleElectronics,2019,3(1).)，这种传感器的制备简单、功耗低、灵敏度高，且可以通过调节该聚合物材料的杨氏模量和空气含量进行该传感器检测范围和灵敏度的精确调节。SoonjaePyo等人提出了一种基于丝网印刷的碳纳米管聚合物复合材料的柔性三维力触觉传感器(Pyo S,Lee J I,Kim M O,et al.Development of a flexible three-axis tactilesensor based on screen-printed carbon nanotube-polymer composite[J].Journalof Micromechanics and Microengineering,2014,24(7).)，该传感器主要由一个触头、四个传感单元和一个柔性基板组成，采用丝网印刷技术，将复合材料直接图案化印在柔性基板上，通过比较其电阻的变化来检测所受力的大小和方向。Nakadegawa T等人设计了一款以液态金属作电极的电容式三维力触觉传感器(Nagatomo T,Miki N.Three-axiscapacitive force sensor with liquid metal electrodes for endoscopic palpation[J].iet micro&nano letters,2017,12(8):564-568.)，该传感器分为上下两部分，中间有一个小棒，当受到外力作用时，小棒可以改变上部环状电极板间距从而实现切向力的感知，小棒同时还可以改变下部圆形电极板间距实现法向力的感知。
国内也有众多学者展开了对柔性三维力触觉传感器的研究。其中，黄英等人设计了一种改变电介质的电容式三维力触觉传感器(黄英,袁海涛,刘彩霞.一种变介质式电容柔性三维力触觉传感器[P].CN103954382A,2014-07-30.)，四个长方形的电极板与一个正方形的公共电极板共面，当传感器触头受力时，空气层被挤压，PDMS层靠近电极板从而改变共面电容的介电常数。聂操等人基于粘弹性、渗流理论以及协同效应等相关理论，以三维多孔微结构聚氨酯海绵为模板，利用浸渍包裹法制备具有优异电学性能和力学性能的三维多孔微结构复合介质层，构建一种高灵敏度电容式柔性触觉传感器(聂操.基于三维多孔微结构复合介质层的电容式柔性触觉传感器设计及应用研究[D].2019.)。张淑艳等人提出了一种新型的具有滑觉检测功能的柔性三维力触觉传感器(张淑艳,张金红,赵立蕊.一种简单的电容式三维力柔性触觉传感器设计[J].电子器件,2018,041(001):95-99.)，该传感器能够将力量变化转化为两绝缘层间的气隙变化,进而引起电容发生变化.然后将接触力建模为实测电容的多项式函数,对传感器输出进行校正,进而实现法向力测量和滑动检测.
但是，现有柔性三维力触觉传感器的研究虽然已经取得一定成果，但是仍有很多方面需要改进。例如目前已经研制出的三维力柔性触觉传感器，多数只是通过改进传感器的材料属性从而提高灵敏度等性能特性，要设计一个新颖的结构比较困难。并且大多数三维力触觉传感器结构复杂，对制备工艺有较高的要求，制备所用的材料成本较高。因而，作为智能机器实现触觉感知和人机交互的关键，柔性三维力触觉传感器的研究显得极为重要，提升柔性三维力触觉传感器的测量精度和测量范围等特性，对未来智能机器人领域的发展和人类社会的进步有着非常重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供了基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，该全柔性触觉传感器的三维力感知响应速度及灵敏度都能够显著提升。
本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：
基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，其特点是：包括半球形触头、四个柔性球曲面激励电极、柔性半球形公共电极、环形固定件和柔性基底；
所述半球形触头呈帽状，四个所述的柔性球曲面激励电极等间隔的均匀粘贴在所述半球形触头的内壁上；
所述柔性基底包括一体化的上半球体和下圆柱体；所述柔性半球形公共电极呈帽状，且以其内壁粘贴在所述柔性基底的上半球体上；
所述环形固定件的顶部设有环形凹槽，所述环形凹槽的截面呈半圆形；所述环形凹槽将所述环形固定件的顶端面分割为外环和内环，外环与所述半球形触头的底面贴合固定、内环与所述柔性半球形公共电极的底面贴合固定；
在所述半球形触头、所述柔性半球形公共电极及所述环形固定件之间形成空气腔；
所述半球形触头与所述柔性半球形公共电极的中轴线重合；四个所述柔性球曲面激励电极与所述柔性半球形公共电极相互不接触，构成四个呈空间立体分布的电容，整体呈蘑菇型结构。
进一步地，每个柔性球曲面激励电极均通过一根导线引出作为一个激励端，柔性半球形公共电极通过导线引出构成公共电极。
进一步地，所述的半球形触头、所述环形固定件和所述柔性基底由柔性绝缘材料制成，所述柔性球曲面激励电极和所述柔性半球形公共电极由柔性导电材料制成。
进一步地，四个所述柔性球曲面激励电极与所述半球形触头的内壁、所述柔性半球形公共电极的内壁与所述柔性基底的上半球体、所述环形固定件顶端面的外环与所述半球形触头的底面、以及所述环形固定件顶端面的内环与所述柔性半球形公共电极的底面在贴合固定时，皆采用硅橡胶作为粘接剂。
进一步地，所述的柔性绝缘材料为聚二甲基硅氧烷和硅橡胶材料中的至少一种，所述的柔性导电材料为有机硅导电银胶、导电聚合物和导电复合材料中的至少一种。
进一步地，所述半球形触头的外径与所述环形固定件顶端面外环的外径一致，所述柔性半球形公共电极的外径与所述环形固定件顶端面内环的外环一致，且所述半球形触头的壁厚、所述柔性半球形公共电极的壁厚及所述环形固定件顶端面外环与内环的厚度一致，以保证充分贴合。
进一步地，所述柔性半球形公共电极的内径与所述柔性基底上半球体、下圆柱体的直径相一致，以保证充分贴合。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明的电容式柔性三维力触觉传感器具有更高的检测灵敏度及更快的响应速度，可作为柔性电子皮肤应用于人机交互、智能机器人、医疗康复等研究领域，具体的：
1、本发明的电容式柔性三维力触觉传感器，通过柔性半球形公共电极与柔性球曲面激励电极最终构成四个呈空间立体分布的电容，将柔性半球形公共电极置于空气腔内，通过受力，改变了极板间距和相对有效面积，如果将空气替换为公共导电柔性材料，则同时也改变了极板间介质，从而改变极板间介电常数，这种空间立体分布的电容具有的优良性能，使得本发明的电容式柔性三维力触觉传感器相较于传统三维力传感器，具有了更高的检测灵敏度及更快的响应速度。
2、本发明基于蘑菇结构，得益于其独特的仿生结构，相较于传统的三维力结构，在相同作用力下，“倒蘑菇型”仿生结构也具有响应快、测量精度高等优良特性。
3、本发明的全柔性结构，相比于传统刚性三维力传感器，具有更广泛的应用领域，包含但不限于电子皮肤、柔性可穿戴电子器件、软体机器人、智能假肢及人机交互等相关领域的应用。
4、本发明的传感器结构明了、组装简单，相比于其它的复杂三维力传感器，本发明耐用性更好并且维护便利。
附图说明
图1为本发明实施例中基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器的结构爆炸图；
图3为本发明实施例中基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器的剖视图；
图4为本发明实施例中半球形触头的结构示意图；
图5为本发明实施例中柔性球曲面激励电极的结构示意图；
图6为本发明实施例中柔性半球形公共电极的结构示意图；
图7为本发明实施例中环形固定件的结构示意图；
图8为本发明实施例中柔性基底的结构示意图；
图9为本发明实施例中法向力作用下的电容变化图；
图10为本发明实施例中切向力作用下的电容变化图；
图中标号：1-半球形触头，2-柔性球曲面激励电极，3-空气腔，4-柔性半球形公共电极，5-环形固定件，6-柔性基底。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1至图8示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图。
如图1、图2、图3所示，本发明的一种基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，包括半球形触头1、四个柔性球曲面激励电极2、柔性半球形公共电极4、环形固定件5和柔性基底6，是以半球形触头1为传感器的顶部覆盖、以柔性基底6为传感器的底部支撑，整体呈蘑菇型结构。
如图4所示，半球形触头1呈帽状，如图5所示的四个柔性球曲面激励电极2采用硅橡胶作为粘接剂等间隔的均匀粘贴在半球形触头1的内壁上。
如图8所示，柔性基底6包括一体化的上半球体和下圆柱体；如图6所示，柔性半球形公共电极4呈帽状，且采用硅橡胶作为粘接剂以其内壁粘贴在柔性基底6的上半球体上。
如图7所示，环形固定件5的顶部设有环形凹槽，环形凹槽的截面呈半圆形；环形凹槽将环形固定件5的顶端面分割为外环和内环，外环与半球形触头1的底面以硅橡胶作为粘接剂贴合固定、内环与柔性半球形公共电极4的底面以硅橡胶作为粘接剂贴合固定。
在半球形触头1、柔性半球形公共电极4及环形固定件5之间形成空气腔3。
半球形触头1与柔性半球形公共电极4的中轴线重合；四个柔性球曲面激励电极2与柔性半球形公共电极4相互不接触，构成四个呈空间立体分布的电容，依据法向力及切向力作用于半球形触头1时四个电容值的变化规律，实现三维力方向及大小的实时感知。本发明通过四个电容值的变化，感知半球形触头1受到外力的方向及力的大小，记录外力的时变信息，为智能控制端提供快速、准确的反馈。
具体实施中，每个柔性球曲面激励电极2均通过一根导线引出作为一个激励端，柔性半球形公共电极4通过导线引出并接地构成公共电极，引出时可从柔性基底中打孔引出。
具体实施中，半球形触头1、环形固定件5和柔性基底6由柔性绝缘材料制成，柔性球曲面激励电极2和柔性半球形公共电极4由柔性导电材料制成。柔性绝缘材料可选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和硅橡胶材料中的至少一种(本实施例中选用硅橡胶)，柔性导电材料可选用有机硅导电银胶、导电聚合物和导电复合材料中的至少一种(本实施例中选用有机硅导电银胶)。
具体实施中，半球形触头1的外径与环形固定件5顶端面外环的外径一致，柔性半球形公共电极4的外径与环形固定件5顶端面内环的外环一致，半球形触头1的壁厚、柔性半球形公共电极4的壁厚及环形固定件5顶端面外环与内环的厚度一致。
具体实施中，柔性半球形公共电极4的内径与柔性基底6上半球体、下圆柱体的直径相一致，以保证充分贴合。
本实施例基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器的制作工艺，主要基于3D打印技术和流体成型技术，利用多物理场仿真软件COMSOL进行建模，先设计出半球形触头1、四个柔性球曲面激励电极2、柔性半球形公共电极4、环形固定件5和柔性基底6所需的模具。再将硅橡胶材料分别注入半球形触头1、环形固定件5、柔性基底6的模具中，将有机硅导电银胶(YC-02)分别注入柔性球曲面激励电极2、柔性半球形公共电极4的模具中。进而，将所有模具放入真空干燥箱中室温固化，待其固化后脱模获得相应的部件。最后，使用硅橡胶作为粘接剂，将半球形触头1、柔性球曲面激励电极2、柔性半球形公共电极4、环形固定件5和柔性基底6层层组装，即得本发明一种基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器。
由上述可见，本发明的制备工艺，是基于3D打印技术、流体成型工艺和自组装工艺，整体制备流程简单、易操作，适于大批量制作；同时，所用材料价格低廉，更能应用于实际制作中。
本实施例基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器的工作原理如下：
由柔性半球形公共电极4与柔性球曲面激励电极2构成四个呈空间立体分布的电容，受法向力及切向力作用于半球形触头1时，会改变其极板间距，如果将空气替换为公共导电柔性材料，也会改变极板间介电常数，从而实现电容值的变化。通过对称分布的四个电容值的变化，可以感知所受外力的大小及方向。法向力作用下，四个柔性球曲面激励电极2向下压缩，与柔性半球形公共电极的间距减小，四个电容值同趋势的增大。切向力作用下，受力方向的激励端远离公共电极，两极板间间距增大，对应的电容值减小；受力相反方向的激励端靠近公共电极，对应的电容值相应增大。通过多组实验的测量，标定确定外力下的一组电容值，从而在实际应用中可以通过电容值反演出对应的外力大小及方向。
图9至图10给出了本实施例所得传感器在受力时的电容变化示意图。如图9所示的电容变化图为法向力作用下传感器发生形变对应的四个电容变化结果。如图10所示的电容变化图为切向力作用下传感器发生形变对应的四个电容变化结果。
以上所述，仅是本发明的示例性实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，其特征是：包括半球形触头(1)、四个柔性球曲面激励电极(2)、柔性半球形公共电极(4)、环形固定件(5)和柔性基底(6)；
所述半球形触头(1)呈帽状，四个所述的柔性球曲面激励电极(2)等间隔的均匀粘贴在所述半球形触头(1)的内壁上；
所述柔性基底(6)包括一体化的上半球体和下圆柱体；所述柔性半球形公共电极(4)呈帽状，且以其内壁粘贴在所述柔性基底(6)的上半球体上；
所述环形固定件(5)的顶部设有环形凹槽，所述环形凹槽的截面呈半圆形；所述环形凹槽将所述环形固定件(5)的顶端面分割为外环和内环，外环与所述半球形触头(1)的底面贴合固定、内环与所述柔性半球形公共电极(4)的底面贴合固定；
在所述半球形触头(1)、所述柔性半球形公共电极(4)及所述环形固定件(5)之间形成空气腔(3)；
所述半球形触头(1)与所述柔性半球形公共电极(4)的中轴线重合；四个所述柔性球曲面激励电极(2)与所述柔性半球形公共电极(4)相互不接触，构成四个呈空间立体分布的电容，整体呈蘑菇型结构。
2.根据权利要求1所述的基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，其特征是：每个柔性球曲面激励电极(2)均通过一根导线引出作为一个激励端，柔性半球形公共电极(4)通过导线引出构成公共电极。
3.根据权利要求1所述的基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，其特征是：所述的半球形触头(1)、所述环形固定件(5)和所述柔性基底(6)由柔性绝缘材料制成，所述柔性球曲面激励电极(2)和所述柔性半球形公共电极(4)由柔性导电材料制成。
4.根据权利要求1所述的基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，其特征是：四个所述柔性球曲面激励电极(2)与所述半球形触头(1)的内壁、所述柔性半球形公共电极(4)的内壁与所述柔性基底(6)的上半球体、所述环形固定件(5)顶端面的外环与所述半球形触头(1)的底面、以及所述环形固定件(5)顶端面的内环与所述柔性半球形公共电极(4)的底面在贴合固定时，皆采用硅橡胶作为粘接剂。
5.根据权利要求3所述的基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，其特征是：所述的柔性绝缘材料为聚二甲基硅氧烷和硅橡胶材料中的至少一种，所述的柔性导电材料为有机硅导电银胶、导电聚合物和导电复合材料中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的基于仿生蘑菇结构的高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器，其特征是：所述半球形触头(1)的外径与所述环形固定件(5)顶端面外环的外径一致，所述柔性半球形公共电极(4)的外径与所述环形固定件(5)顶端面内环的外环一致，且所述半球形触头(1)的壁厚、所述柔性半球形公共电极(4)的壁厚及所述环形固定件(5)顶端面外环与内环的厚度一致；
所述柔性半球形公共电极(4)的内径与所述柔性基底(6)上半球体、下圆柱体的直径相一致。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112649128A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-13 | 华东理工大学 | 一种测量三维接触应力的传感装置及方法 |
| CN113218542A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-08-06 | 安徽大学 | 一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器及制备方法 |
| CN113252228A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-08-13 | 安徽大学 | 基于柔弹性曲面梁的高灵敏电容式柔性三维力触觉传感器 |
| CN114354027A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-15 | 安徽大学 | 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 |
| CN114674483A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-06-28 | 浙江大学 | 一种具有高切向角分辨率的三维力柔性触觉传感器 |
| CN115265885A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-11-01 | 东北电力大学 | 可测量多维力大小、方向、作用点的环形装置及测量方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4712627A (en) * | 1984-08-17 | 1987-12-15 | Measuretek, Inc. | Calibration of weight scale utilizing a capacitative load cell |
| US6037703A (en) * | 1997-03-12 | 2000-03-14 | Tokai Rubber Industries, Ltd. | Pressure sensor having piezoelectric layer formed by hydrothermal synthesis, and method of producing the same |
| JP2001324397A (ja) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Wacoh Corp | 力検出装置および操作量検出装置 |
| JP2002131149A (ja) * | 2000-10-18 | 2002-05-09 | Nitta Ind Corp | 力検出装置 |
| WO2011043224A1 (ja) * | 2009-10-09 | 2011-04-14 | 東京エレクトロン株式会社 | 圧力センサ素子およびシート状圧力センサ |
| CN103954382A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-07-30 | 合肥工业大学 | 一种变介质式电容柔性三维力触觉传感器 |
| CN104729769A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-24 | 南京林业大学 | 基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器 |
| JP2016128760A (ja) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | 国立大学法人九州工業大学 | 圧力センサ |
| CN106959175A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-07-18 | 合肥工业大学 | 一种基于金字塔结构的全柔性电容式滑触觉传感器 |
| WO2017215086A1 (zh) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | 中兴通讯股份有限公司 | 传感器及确定力方向的方法 |
| US20180356301A1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-12-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Tactile sensor that includes two sheets each having at least either flexibility or elasticity |
| CN109282921A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-29 | 衢州学院 | 金属滴液电极式三维电容触觉传感器 |
| CN110068413A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-30 | 吉林师范大学 | 基于球曲面极板的电容式柔性触觉传感器 |
| CN110793701A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-14 | 安徽大学 | 一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器及其制备方法 |
| CN111366274A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-03 | 安徽大学 | 一种全柔性电容式三维力触觉传感器 |
-
2020
- 2020-07-06 CN CN202010640089.3A patent/CN111751038B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4712627A (en) * | 1984-08-17 | 1987-12-15 | Measuretek, Inc. | Calibration of weight scale utilizing a capacitative load cell |
| US6037703A (en) * | 1997-03-12 | 2000-03-14 | Tokai Rubber Industries, Ltd. | Pressure sensor having piezoelectric layer formed by hydrothermal synthesis, and method of producing the same |
| JP2001324397A (ja) * | 2000-05-17 | 2001-11-22 | Wacoh Corp | 力検出装置および操作量検出装置 |
| JP2002131149A (ja) * | 2000-10-18 | 2002-05-09 | Nitta Ind Corp | 力検出装置 |
| WO2011043224A1 (ja) * | 2009-10-09 | 2011-04-14 | 東京エレクトロン株式会社 | 圧力センサ素子およびシート状圧力センサ |
| CN103954382A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-07-30 | 合肥工业大学 | 一种变介质式电容柔性三维力触觉传感器 |
| JP2016128760A (ja) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | 国立大学法人九州工業大学 | 圧力センサ |
| CN104729769A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-24 | 南京林业大学 | 基于电活性聚合物的分布式柔性压力传感器 |
| CN107515065A (zh) * | 2016-06-16 | 2017-12-26 | 中兴通讯股份有限公司 | 传感器及确定力方向的方法 |
| WO2017215086A1 (zh) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | 中兴通讯股份有限公司 | 传感器及确定力方向的方法 |
| CN106959175A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-07-18 | 合肥工业大学 | 一种基于金字塔结构的全柔性电容式滑触觉传感器 |
| US20180356301A1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-12-13 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Tactile sensor that includes two sheets each having at least either flexibility or elasticity |
| CN109282921A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-29 | 衢州学院 | 金属滴液电极式三维电容触觉传感器 |
| CN110068413A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-30 | 吉林师范大学 | 基于球曲面极板的电容式柔性触觉传感器 |
| CN110793701A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-14 | 安徽大学 | 一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器及其制备方法 |
| CN111366274A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-03 | 安徽大学 | 一种全柔性电容式三维力触觉传感器 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| KAILUN, WANG, YANCHENG, ET AL.: "Flexible Capacitive Tactile Sensor Array With Truncated Pyramids as Dielectric Layer for Three-Axis Force Measurement", 《JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS》 * |
| QIU J , GUO X , CHU R , ET AL.: "Rapid-Response, Low Detection Limit, and High-Sensitivity Capacitive Flexible Tactile Sensor Based on Three-Dimensional Porous Dielectric Layer for Wearable Electronic Skin", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 * |
| 许德成等: "一种全柔性电容式触觉传感器设计与试验", 《江苏大学学报(自然科学版)》 * |
| 黄英等: "基于金字塔结构的高灵敏滑触觉传感器研究", 《传感器与微系统》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112649128A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-13 | 华东理工大学 | 一种测量三维接触应力的传感装置及方法 |
| CN112649128B (zh) * | 2020-11-30 | 2021-11-26 | 华东理工大学 | 一种测量三维接触应力的传感装置及方法 |
| CN113218542A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-08-06 | 安徽大学 | 一种高灵敏度的柔性三维力触觉传感器及制备方法 |
| CN113252228A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-08-13 | 安徽大学 | 基于柔弹性曲面梁的高灵敏电容式柔性三维力触觉传感器 |
| CN113252228B (zh) * | 2021-04-15 | 2022-09-30 | 安徽大学 | 基于柔弹性曲面梁的高灵敏电容式柔性三维力触觉传感器 |
| CN114354027A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-15 | 安徽大学 | 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 |
| CN114674483A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-06-28 | 浙江大学 | 一种具有高切向角分辨率的三维力柔性触觉传感器 |
| CN115265885A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-11-01 | 东北电力大学 | 可测量多维力大小、方向、作用点的环形装置及测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111751038B (zh) | 2021-12-28 |
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