CN112477112A - 一种基于4d打印成形的仿神经触觉传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于触觉传感器领域，更具体地，涉及一种基于4D打印成形的仿神经触觉传感器。本发明仿神经触觉传感器，包括若干个传感器单元(8)，所述传感器单元(8)通过4D打印成形，所述传感器单元(8)包括压力敏感组件、电致形状记忆聚合物(4)和供能组件(5)，所述压力敏感组件与电致形状记忆聚合物(4)通过导线电连接，所述压力敏感组件和电致形状记忆聚合物(4)均与所述供能组件(5)通过导线电连接。本发明传感器基于4D打印技术制造的传感器，其层层叠加成型的独特制造方式，相比于传统制造方法，其在成型任意具备复杂结构的零件具有得天独厚的优势，能更好地应用于自动控制、软体机器人等诸多领域中，具有广阔的市场前景。

Description

一种基于4D打印成形的仿神经触觉传感器
技术领域
本发明属于触觉传感器领域，更具体地，涉及一种基于4D打印成形的仿神经触觉传感器。
背景技术
触觉，通常是指滑动、接触、压觉等机械刺激的总称。大多数动物触觉传感器遍布全身，人类的皮肤就是一种触觉传感器，依靠神经末梢人类能感受到湿度、温度、痛觉等多种感觉。受此启发，人们发明了触觉传感器，它是能够感受被测压力并且按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或者装置。触觉传感器通常是由敏感元件和转换元件组成的。其中敏感元件是能够直接接触被测压力的部分，转换元件能够将接触到敏感元件的被测压力转换成适于传输或者测量的电信号部分。
CN110793701A公开了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,具体公开了基于3D打印技术，分别打印出柔性基底模具、半球型触头模具以及柔性公共电极模具；接着，先向柔性基底模具中注入硅橡胶材料，再放入真空干燥箱中室温固化，待其固化后脱模，制得柔性基座；其次，再用多壁碳纳米管、炭黑和硅橡胶的复合导电材料制备柔性公共电极(3)和半球型触头(1)；计算配置的量，向称量好的多壁碳纳米管以及炭黑中加入有机溶剂，并进行磁力搅拌，充分分散团聚的多壁碳纳米管以及炭黑；再向其中加入称量好的硅橡胶，同时进行磁力搅拌；将制作好的复合材料分别注入半球型触头模具及柔性公共电极模具中，并放入真空干燥箱中室温固化，待其固化后脱模；然后，配置有机硅导电银胶，在制成的柔性基底(5)的半球型腔体表面间隔12度均匀涂抹配置好的有机硅导电银胶，静置进行室温固化后，形成四个柔性球曲面激励电极(4)，最后在有机硅导电银胶的柔性球曲面激励电极(4)表面涂抹硅橡胶，进行绝缘处理；最后，使用硅橡胶作粘接剂将柔性公共电极(3)分别与柔性基底(5)和半球型触头(1)粘接，并将半球型触头(1)与柔性基底(5)粘接。该技术方案，基于3D打印技术打印了主体机构，但没有利用打印技术一次制造成型，而完全基于4D打印技术制造的传感器，其层层叠加成型的独特制造方式，相比于传统制造方法，其在成型任意具备复杂结构的零件具有得天独厚的优势。
因此，现有技术仍缺乏一种利用4D打印技术制备的触觉传感器。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于4D打印成形的仿神经触觉传感器，其目的在于4D打印技术制造，能更好地应用于自动控制、软体机器人等诸多领域中，具有广阔的市场前景。本发明的详细技术方案如下所述。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于4D打印成形的仿神经触觉传感器，包括若干个传感器单元，所述传感器单元通过4D打印成形，所述传感器单元包括压力敏感组件、电致形状记忆聚合物和供能组件，所述压力敏感组件与电致形状记忆聚合物通过导线电连接，所述压力敏感组件和电致形状记忆聚合物均与所述供能组件通过导线电连接，所述压力敏感组件包括电容上电极，弹性绝缘介质，电容下电极，所述电容上电极与弹性绝缘介质的上表面固定连接，所述电容下电极与弹性绝缘介质的下表面固定连接。
作为优选，所述弹性绝缘介质是聚氨酯材料，所述电容上电极、所述电容下电极由导电膜构成，所述电容上电极、所述电容下电极通过粘贴与弹性绝缘介质固定连接。
作为优选，所述供能组件是锂聚合物电池。
作为优选，所述导线为复合型导电高分子，所述复合型导电高分子保护基体材料和导电填料，所述基体材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂中的一种，所述导电填料有炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。
作为优选，所述仿神经触觉传感器由传感器单元以阵列方式构成。
作为优选，所述传感器单元通过熔融沉积成型。熔融沉积成形通过将丝状材料从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积，每完成一层，工作台下降一个层厚进行迭加沉积新的一层，如此反复最终实现零件的沉积成型。
作为优选，所述电致形状记忆聚合物(4)包括碳纳米管填充的形状记忆聚氨酯复合材料，碳纤维填充的形状记忆聚氨酯复合材料，炭黑填充的形状记忆聚氨酯复合材料、碳黑填充的形状记忆聚苯乙烯复合材料，短切碳纤维填充的形状记忆聚苯乙烯复合材料中的一种。
本发明的有益效果有：
(1)本发明传感器基于4D打印技术制造的传感器，其层层叠加成型的独特制造方式，相比于传统制造方法，其在成型任意具备复杂结构的零件具有得天独厚的优势，能更好地应用于自动控制、软体机器人等诸多领域中，具有广阔的市场前景。
(2)本发明通过4D打印技术制备直接成形仿神经触觉传感器的全部零部件，实现了传感器的一体化成形。
附图说明
图1是传感器单元的结构示意图；
图2是仿神经触觉传感器的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：电容上电极1、弹性绝缘介质2、电容下电极3、电致形状记忆聚合物4、供能组件5、外界输入压力信号6、电路输出机械信号7、传感器单元8。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例
一种基于4D打印成形的仿神经触觉传感器，如图1-2所示，包括若干个传感器单元8，所述传感器单元8通过4D打印成形，所述传感器单元8包括压力敏感组件、电致形状记忆聚合物4和供能组件5，所述压力敏感组件与电致形状记忆聚合物4通过导线电连接，所述压力敏感组件和电致形状记忆聚合物4均与所述供能组件5通过导线电连接，所述压力敏感组件包括电容上电极1，弹性绝缘介质2，电容下电极3，所述电容上电极1与弹性绝缘介质2的上表面固定连接，所述电容下电极3与弹性绝缘介质2的下表面固定连接。所述传感器单元8能够将外界输入压力信号6转化为电路输出机械信号7。
作为优选的实施例，所述仿神经触觉传感器通过传感器单元8以阵列方式构成。最后，仿神经触觉传感器形成了宏观阵列触觉传感器，感知范围更加广泛。
作为优选的实施例，所述传感器单元8通过熔融沉积成型。熔融沉积成形通过将丝状材料从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积，每完成一层，工作台下降一个层厚进行迭加沉积新的一层，如此反复最终实现零件的沉积成型。
作为优选的实施例，所述弹性绝缘介质2是聚氨酯材料，所述电容上电极1、所述电容下电极3由导电膜构成，所述电容上电极1、所述电容下电极3粘贴在弹性绝缘介质2上。
作为优选的实施例，供能组件5是锂聚合物电池，导线为复合型导电高分子，所述复合型导电高分子保护基体材料和导电填料，所述基体材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂中的一种，所述导电填料有炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。
作为优选的实施例，所述电致形状记忆聚合物4包括碳纳米管填充的形状记忆聚氨酯复合材料，碳纤维填充的形状记忆聚氨酯复合材料，炭黑填充的形状记忆聚氨酯复合材料、碳黑填充的形状记忆聚苯乙烯复合材料，短切碳纤维填充的形状记忆聚苯乙烯复合材料中的一种。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于4D打印成形的仿神经触觉传感器，其特征在于，包括若干个传感器单元(8)，所述传感器单元(8)通过4D打印成形，所述传感器单元(8)包括压力敏感组件、电致形状记忆聚合物(4)和供能组件(5)；所述压力敏感组件与电致形状记忆聚合物(4)通过导线电连接，所述压力敏感组件和电致形状记忆聚合物(4)均与所述供能组件(5)通过导线电连接，所述压力敏感组件包括电容上电极(1)，弹性绝缘介质(2)，电容下电极(3)，所述电容上电极(1)与弹性绝缘介质(2)的上表面固定连接，所述电容下电极(3)与弹性绝缘介质(2)的下表面固定连接。
2.根据权利要求1所述的仿神经触觉传感器，其特征在于，所述弹性绝缘介质(2)是聚氨酯材料，所述电容上电极(1)、所述电容下电极(3)由导电膜构成，所述电容上电极(1)、所述电容下电极(3)通过粘贴与弹性绝缘介质(2)固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的仿神经触觉传感器，其特征在于，所述供能组件(5)为锂聚合物电池。
4.根据权利要求3所述的仿神经触觉传感器，其特征在于，所述导线为复合型导电高分子，所述复合型导电高分子保护基体材料和导电填料，所述基体材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂中的一种，所述导电填料有炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种。
5.根据权利要求2所述的仿神经触觉传感器，其特征在于，所述仿神经触觉传感器由传感器单元(8)以阵列方式构成。
6.根据权利要求1所述的仿神经触觉传感器，其特征在于，所述4D打印成形为熔融沉积成型。
7.根据权利要求1所述的仿神经触觉传感器，其特征在于，所述电致形状记忆聚合物(4)包括碳纳米管填充的形状记忆聚氨酯复合材料，碳纤维填充的形状记忆聚氨酯复合材料，炭黑填充的形状记忆聚氨酯复合材料、碳黑填充的形状记忆聚苯乙烯复合材料，短切碳纤维填充的形状记忆聚苯乙烯复合材料中的一种。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115247999A (zh) * 2022-07-01 2022-10-28 江南大学 基于直书写打印的裂纹扩展长度监测用格栅传感器及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101210845A (zh) * 2006-12-27 2008-07-02 株式会社半导体能源研究所 半导体装置以及使用其的电子设备
JP2018172722A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 多摩川精機株式会社 透磁率変化検出部材の製造方法
CN109550930A (zh) * 2017-09-26 2019-04-02 中国科学院金属研究所 一种磁弹性材料在4d打印中的应用
CN111497220A (zh) * 2020-03-24 2020-08-07 深圳大学 形状记忆传感器及其制造方法
CN111766010A (zh) * 2020-07-09 2020-10-13 北京航空航天大学 一种电容式触觉传感器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101210845A (zh) * 2006-12-27 2008-07-02 株式会社半导体能源研究所 半导体装置以及使用其的电子设备
JP2018172722A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 多摩川精機株式会社 透磁率変化検出部材の製造方法
CN109550930A (zh) * 2017-09-26 2019-04-02 中国科学院金属研究所 一种磁弹性材料在4d打印中的应用
CN111497220A (zh) * 2020-03-24 2020-08-07 深圳大学 形状记忆传感器及其制造方法
CN111766010A (zh) * 2020-07-09 2020-10-13 北京航空航天大学 一种电容式触觉传感器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郑志霞，张琴，陈雪娇编著: "《传感器与检测技术》", 30 December 2018, 厦门大学出版社 *
陈花玲: "4D打印：智能材料与结构增材制造技术的研究进展", 《西安交通大学学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115247999A (zh) * 2022-07-01 2022-10-28 江南大学 基于直书写打印的裂纹扩展长度监测用格栅传感器及方法

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