CN112556895B - 柔性压力传感器、制备方法及传感系统、柔性电子皮肤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了柔性压力传感器、制备方法及传感系统、柔性电子皮肤，包括相对平行设置的第一电极层、第二电极层；设置在所述第一电极层内侧的具有阵列式的第一尖端结构的第一介质层，所述第二电极层内侧设置有具有阵列式的第二尖端结构的第二介质层,柔性压力触觉传感器受压时，所述第一尖端结构被至少两个相邻的所述第二尖端结构挤压，所述第一尖端结构的顶端与所述第二平面激励电极的水平面相触，所述第二尖端结构的顶端悬空。本发明结构通过材料的改变，介质层结构的设计、布局，使得本发明克服粘滞效应带来的恢复时间长的缺点，具有了更高的检测灵敏度及更快的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及压力触觉传感器领域，具体是柔性压力传感器、制备方法及传感系统、柔性电子皮肤。
背景技术
近年来，智能机器人应用领域越来越广泛，各种形式的柔性传感器作为智能机器人感知外界环境的方式，其研制及应用受到了国内外学者的广泛关注。随着机器人工业化应用以及一些行业的高精度作业要求，对于机器人的制作要求越来越严苛。因此，柔性压力触觉传感器作为机器人触觉传感器的一个重要分支，国内外学者对其研究便趋于追求更快的响应速度、更高的灵敏度、更宽的检测范围、更高的分辨率、更好的耐用性等。
目前在国内外柔性压力应变传感器已有一定研究。虽然压力触觉传感器的类型多属于电容式、压阻式、压电式三个方向，工作原理较为简单，但设计一个新颖的结构尤为困难。随着计算机技术、自动化控制技术、传感技术及人工智能的不断发展，机器人在智能制造、体育运动及康复医疗等领域得到广泛应用，并成为长期刚性需求。目前，智能机器人本体正朝着仿生化、自然交互、人机协同等方向发展，柔性应变传感器作为人机交互的重要桥梁，目前对于其压力检测范围、灵敏度的要求越来越高。
目前国内外传感器主要有三点不足，第一，微小压力传感器很难具有大的检测范围，而在大的触觉压力下传感器失效，限制了传感器的应用场景；第二，高灵敏度传感器经常伴随着复杂而又高成本的制造过程，在制造过程中引入更多的不确定性，进而限制大面积推广应用；第三，传感器依赖于温度等环境变量。
发明内容
本发明的目的在于提供柔性压力传感器、制备方法及传感系统、柔性电子皮肤，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电容式柔性压力触觉传感器，包括：
相对平行设置的第一电极层、第二电极层；
设置在所述第一电极层内侧的具有阵列式的第一尖端结构的第一介质层，所述第二电极层内侧设置有具有阵列式的第二尖端结构的第二介质层,柔性压力触觉传感器受压时，所述第一尖端结构被至少两个相邻的所述第二尖端结构挤压，所述第一尖端结构的顶端与所述第二平面激励电极的水平面相触，所述第二尖端结构的顶端悬空。
作为本发明进一步的方案：所述第一电极层包括第一平面激励电极，以及设置在所述第一平面激励电极上顶面的第一柔性衬底；所述第二电极层包括第二平面激励电极，以及设置在所述第二平面激励电极下底面的第二柔性衬底，所述第一平面激励电极、第二平面激励电极相对平行设置；所述第一介质层设置在所述第一平面激励电极内侧，所述第二介质层设置在所述第二平面激励电极内侧。
作为本发明进一步的方案：所述第一柔性衬底、第二柔性衬底大小尺寸一致，其均采用硅橡胶薄膜材料。
作为本发明进一步的方案：所述第一平面激励电极、第二平面激励电极采用碳纳米管和共聚酯制得的复合材料，所述第一平面激励电极、第二平面激励电极大小尺寸一致。
作为本发明进一步的方案：所述第一尖端结构的边沿为锯齿状。
作为本发明进一步的方案：所述第一电极层、第二电极层上各有一根导线引出。
作为本发明进一步的方案：柔性压力触觉传感器受压时，所述第一尖端结构被至少四个相邻的所述第二尖端结构挤压。
作为本发明进一步的方案：所述第一尖端结构、第二尖端结构采用弹性材料制成，所述第一尖端结构、第二尖端结构为金字塔形、三棱锥形、四棱锥形、圆锥形中任一种。
作为本发明进一步的方案：所述第一尖端结构大于所述第二尖端结构，所述第一尖端结构、第二尖端结构均为实心结构，所述第一尖端结构等距排列设置在所述第一电极层上，所述第二尖端结构等距排列设置在所述第二电极层上。
作为本发明进一步的方案：所述第一尖端结构与第二尖端结构的高之比为1.5～10:1。
作为本发明进一步的方案：所述第一尖端结构的顶端与第二电极层的内侧水平面采用硅橡胶粘合固定。
一种如上述所述的电容式柔性压力触觉传感器的制备方法，具有以下步骤：
基于3D打印技术，打印出电极模具，按照0.05wt％的质量比，使碳纳米管分散在异丙醇中，倒入共聚酯预聚合溶液，再注入电极模具中，将含有碳纳米管的共聚酯预聚合溶液60℃真空干燥箱中固化1小时后，将其从模具剥离，形成碳纳米管和共聚酯的第一平面激励电极、第二平面激励电极；
基于3D打印技术，打印出第一尖端结构、第二尖端结构模具；
将PDMS(聚二甲基硅氧烷)主剂和PDMS固化剂以10:1的体积比进行配比，放入真空烘箱中抽真空20min去除PDMS中的气泡，将PDMS混合物分别注入两类尖端结构模具中，静置2h后覆盖上制备好的激励电极层，再放入真空干燥箱中75℃固化2h，待其固化后脱模，制得的携激励电极层的第一介质层、第二介质层；
将两块带有介质层的平面激励电极，沿着边缘口对齐合拢，在第一平面激励电极、第二平面激励电极外侧涂上一层硅橡胶薄膜制得第一柔性衬底、第二柔性衬底。
一种柔性压力触觉传感装置，包括传感装置壳体，以及设置在所述传感装置壳体内如上述任一项所述的电容式柔性压力触觉传感器。
一种柔性电子皮肤，该柔性电子皮肤设置有上述任一项所述的电容式柔性压力触觉传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过两块平行的平面激励电极构成一个空间立体电容，平面激励电极是由共聚酯与碳纳米管复合导电材料构成的，可与PDMS材料的粘滞固定，尖端传感器柔性，平面激励电极上设置的两种尺寸的尖端结构，在施加压力时，极板间距变小，且上下尖端结构充分接触，排出间隙里空气，电容的介电常数变大，这种空间立体分布的电容优良性能使得本发明相较于传统的压力传感器，具有迟滞低、灵敏度高、应变范围广及更快的响应速度。
(2)本发明基于特殊的介质层的设计、布局，相较于传统的电容结构，在相同作用力下，金字塔结构具有响应快、灵敏度高等优良特性；应用于机械手，区别于单层金字塔结构，该传感器双层结构更加稳定，操作容错性较高；应用于电子皮肤，区别于传统双层结构，该传感器初始应变仅单层金字塔变形，故初始灵敏度较高，能更好更快感知信号；相较于电阻型的压力触觉传感器，本产品迟滞小，线性度高，信号直观反映实际情况。
(3)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，采用PDMS、共聚酯、碳纳米管及硅橡胶，制备材料价格低廉，更能应用于实际制作中。
(4)本发明的整体结构为柔性材料，相比于传统的刚性压力传感器，具有更广泛的应用领域，包含但不限于智能机器人电子皮肤相关领域的应用，本发明具有压力检测功能的触觉传感器，其结构明了，组装简单，相比于其他复杂性压力传感器，本发明使用寿命长并且维护便利。
附图说明
图1为本发明一个实施例在透视下的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的凸显柔性结构示意图；
图3为本发明尖端结构为金字塔形结构示意图；
图4为平面激励电极模具的结构示意图；
图5为第一尖端结构为大金字塔形时的模具结构示意图；
图6为带平面激励电极的大金字塔阵列的结构示意图；
图7为第二尖端结构为小金字塔形时的模具结构示意图；
图8为带平面激励电极的小金字塔阵列的结构示意图；
图9为本发明一个实施例简化的二维结构示意图；
图10为本发明一个实施例二维应力分布示意图；
图11为本发明一个实施例仿真金字塔的应变与大金字塔斜率的关系示意图；
图12为本发明一个实施例仿真金字塔的应变与小金字塔斜率的关系示意图；
图13为本发明一个实施例仿真金字塔的应变与小金子塔间距的关系示意图；
图14为本发明一个实施例仿真金字塔的应变与大金子塔间距的关系示意图；
图15为本发明一个实施例仿真金字塔的500Pa范围内相对电容变化量与压力的关系示意图；
图16为本发明一个实施例仿真金字塔的全量程相对电容变化量与压力的关系示意图。
图17为本发明一个实施例中第一尖端结构为大金字塔形模具注入PDMS材料示意图；
图18为本发明一个实施例中带平面激励电极的大金字塔阵列脱模示意图；
图中：1-第一电极层、11-第一平面激励电极、12-第一柔性衬底、2-第二电极层、21-第二平面激励电极、22-第二柔性衬底、31-第一介质层、311-第一尖端结构、32-第二介质层、321-第二尖端结构。
具体实施方式
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，仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、2，本发明实施例中，一种电容式柔性压力触觉传感器，包括相对平行设置的第一电极层1、第二电极层2；设置在所述第一电极层1内侧的具有阵列式的第一尖端结构311的第一介质层31，所述第二电极层2内侧设置有具有阵列式的第二尖端结构321的第二介质层32,柔性压力触觉传感器受压时，所述第一尖端结构311被至少两个相邻的所述第二尖端结构321挤压，所述第一尖端结构311的顶端与所述第二平面激励电极21的水平面相触，所述第二尖端结构321的顶端悬空。
具体的，请参阅图1、2、9，所述第一电极层1包括第一平面激励电极11，以及设置在所述第一平面激励电极11上顶面的第一柔性衬底12；所述第二电极层2包括第二平面激励电极21，以及设置在所述第二平面激励电极21下底面的第二柔性衬底22，所述第一平面激励电极11、第二平面激励电极21相对平行设置，所述第一柔性衬底11、第二柔性衬底12为支撑，厚度为0.04mm，所述第一柔性衬底12、第二柔性衬底22其均采用硅橡胶薄膜材料，为弹性材质，具有绝缘性，可屏蔽电容的边缘场效应，所述硅橡胶薄膜材料为GD401、GD402等常用室温硫化橡胶，所述第一柔性衬底12、第二柔性衬底22大小尺寸一致，所述第一柔性衬底12涂在所述第一平面激励电极11外侧上顶面，即所述第一平面激励电极11设置所述第一介质层31一侧的相对侧，所述第二柔性衬底22涂在所述第二平面激励电极21外侧下底面，即所述第二平面激励电极21设置所述第二介质层32一侧的相对侧，所述第一柔性衬底12、第二柔性衬底22充当传感器的保护和屏蔽层。
具体的，请参阅图1、2、9，所述第一平面激励电极11、第二平面激励电极21采用自制柔性导体材料，为碳纳米管和共聚酯的复合材料，其易与该传感器其他层的材料粘合，有利于传感器结构稳定，延长使用寿命且具有高柔性，所述第一平面激励电极11、第二平面激励电极21为扁平的长方体结构，且两个电极大小尺寸一致，所述第一平面激励电极11、第二平面激励电极21上各有一根导线引出，所述第一平面激励电极11、第二平面激励电极21相互平行设置，呈现空间立体平行板电容。
具体的，请参阅图1、3、9，设置在所述第一平面激励电极11与所述第二平面激励电极21相对的一侧面上设置有具有阵列式的第一尖端结构311的第一介质层31，所述第二平面激励电极21与所述第一平面激励电极11相对的一侧面上设置有具有阵列式的第二尖端结构321的第二介质层32，所述第一介质层31、第二介质层32采用PDMS材料制成，自身绝缘，施加负载易变形，弹性好，与空气共同构成完整应变可变介电参数的介质层；所述第一尖端结构311被至少两个相邻的所述第二尖端结构321无应变包围，与空气间隙构成一介质层单元，正是由许多此类单元构成一个完整的介质层，柔性压力触觉传感器受压时，所述第一尖端结构311被至少两个相邻的所述第二尖端结构321挤压，优选地，所述第一尖端结构311被四个所述第二尖端结构321无应变包围，柔性压力触觉传感器受压时，所述第一尖端结构311被四个相邻的所述第二尖端结构321挤压，所述第一尖端结构311未与第二尖端结构321接触，所述第一尖端结构311的顶端与第二平面激励电极21的水平面相接，所述第一尖端结构311的顶端与第二平面激励电极21设置所述第二介质层32一侧的水平面也能采用硅橡胶粘合固定形成空间立体电容，所述第二尖端结构321的顶端悬空，优选地，所述第一尖端结构311等距排列粘合固定所述第一平面激励电极11与所述第二平面激励电极21相对的侧面上，呈中心对称分布，所述第一尖端结构311与电极完美贴合，并随着施加在第一平面激励电极11上的应力而发生形变；优选地，所述第二尖端结构321等距排列粘合固定在所述第二平面激励电极21与所述第一平面激励电极11相对的侧面上，呈中心对称分布，所述第二尖端结构321底部与第二平面激励电极21完美贴合，剩余部分未与任何部位接触，均处于空气间隙内；所述第一尖端结构311大于所述第二尖端结构321，所述第一尖端结构311与第二尖端结构321的高之比为1.5～6:1，且所述第一尖端结构311、第二尖端结构321均为实心结构，所述第一尖端结构311、第二尖端结构321为金字塔形、三棱锥形、四棱锥形、圆锥形中任一种，优选为金字塔形结构，如图3所示，所述第一尖端结构311的边沿能够为锯齿状；所述第一尖端结构311、第二尖端结构321分布在两块平面激励电极之间构成一个空间立体电容，受压力作用于第一尖端结构311时，所述第一尖端结构311发生形变，能够带动包围在所述第一尖端结构311周围的第二尖端结构321发生形变，因而使得极板间距离变化，同时极板间介质层的介电常数发生变化，从而实现电容值的变化，通过电容值的变化，可以感知所受压力的大小，为智能控制系统提供快速、准确的反馈。
一种根据上述所述的电容式柔性压力触觉传感器的制备方法，具有以下步骤：首先，基于3D打印技术和硅橡胶流体成型技术，利用三维CAD设计软件SolidWorks 2019进行建模，设计本发明所用第一平面激励电极11、第二平面激励电极21与两类尺寸的第一尖端结构311、第二尖端结构321所需的模具；之后，制备碳纳米管和共聚酯的复合材料电极，基于3D打印技术，打印出电极模具，按照0.05wt％重量比，使碳纳米管分散在异丙醇中，倒入适量共聚酯预聚合溶液，注入电极模具中，如图4，将含有碳纳米管的共聚酯预聚合溶液在60℃真空干燥箱中固化1小时后，将其从模具剥离，形成碳纳米管和共聚酯的第一平面激励电极11、第二平面激励电极21；接着，基于3D打印技术，打印出两类尺寸的第一尖端结构311、第二尖端结构321模具，如图5、图7；然后，制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)，将PDMS主剂和PDMS固化剂以10:1的体积比进行配比，放入真空烘箱中抽真空20min去除PDMS中的气泡，将PDMS混合物分别注入两类尖端结构模具中，静置2h后覆盖上制备好的激励电极层，再放入真空干燥箱中75℃固化2h，待其固化后脱模，制得携带激励电极层的第一介质层31、第二介质层32，如图6、图8、图17、图18；最后，将两块带有介质层的平面激励电极，沿着边缘口对齐合拢，在第一平面激励电极11、第二平面激励电极21设置介质层的相对面上涂上一层硅橡胶薄膜，即制得第一柔性衬底12、第二柔性衬底22部分，从而制得本发明产品。
一种柔性压力触觉传感系统，包括壳体、设置在壳体内的控制电路，以及设置在所述壳体内如上述任一项所述的电容式柔性压力触觉传感器。
一种柔性电子皮肤，该柔性电子皮肤设置有上述任一项所述的电容式柔性压力触觉传感器。
实施例1
本实施例根据上述制备方法制得以下尺寸的柔性压力触觉传感器，所述第一平面激励电极11、第二平面激励电极21两个电极大小尺寸一致，其长为13.1mm、宽为7.1mm、高为0.15mm；所述第一柔性衬底11、第二柔性衬底12厚度为0.04mm；所述第一尖端结构31为大金字塔形，大金字塔形底边长、宽均为1mm、高为1mm，所述第二尖端结构32为小金字塔形，小金字塔形底边长、宽均为0.5mm、高为0.5mm；所述第一尖端结构31按照0.4mm间隙等距排列粘合固定所述第一平面激励电极21上，且阵列外延尺寸的总宽比第一平面激励电极21的宽度小0.2mm、总长第一平面激励电极21的长度小0.2mm；所述第二尖端结构32按照0.2mm等距排列粘合固定在所述第二平面激励电极22上，所述第二尖端结构32组成放入阵列外延尺寸长宽与第二平面激励电极22长宽一致；所述第一平面激励电极11、第二平面激励电极21间相距1mm，此时灵敏度在1KPa内为1.648KPa-1，在1MPa内为4e-3KPa-1。
实施例2
本实施例所制得柔性压力触觉传感器的制备方法与实施例1相同，区别在于所制备的柔性压力触觉传感器的尺寸不同。
具体的，本发明一个实施例的传感器基于COMSOL的二维有限元仿真如下：如图9至图16示出了本发明一个实施例的仿真性能示意图，图9描述了所述第一尖端结构311为大金字塔形、第二尖端结构321为小金字塔形时的二维仿真模型图，主要由顶层屏蔽层、电极层以及介质层三部分组成，为了仿真容易收敛，我们将金字塔底端连接薄层，且整体构成介质层，并在不打断结构的条件下，扫描参数大金字塔形的高a、小金字塔形的高c、大金字塔形的间距se与小金字塔形的间距s2，图9、图10中柔性衬底厚度为0.125mm，平面激励电极厚度为0.25mm，金字塔底端连接的薄层厚度为0.25mm，大金字塔形的底长为1mm，高a为1mm，大金字塔形的间距se为1mm，小金字塔形的底长为0.25mm，高c为0.25mm，小金字塔间隙s2为0.375mm；仿真模型介质层所用材料为PDMS，杨氏模量750KPa，泊松比0.49。图10描述了金字塔二维应力分布。当给此二维金字塔压力传感器施加1KPa载荷时，有正负值应力，当给弹性材料施加压力时，会有一个反作用力，正值应力分布就是弹性力分布，可以按公式计算F弹＝F/A，F为施加载荷，A为接触面积；负值应力则是我们施加的压力载荷，可以看到材料整体都有压力分布，金字塔处有弹性力分布，这符合牛顿第三定律。图11至图14中几何参数a、c、se及s2的初始值皆是基于图9中几何参数的设定，分别扫描其中某一参数，其他参数不变，(a)为法向应变，(b)为切向应变。
图11是金字塔基底不变，通过改变大金字塔高度a即相对的改变金字塔斜率来观察压力传感器的应变大小变化，反过来优化我们传感器的金字塔尺寸；图12是小金字塔斜率与应变关系图，从图中可以发现，随着c值金字塔高度增大，金字塔斜率越大，应变越大，法向应变影响着传感器电容间隙，切向应变影响着介电材料的接触面积，即改变传感器的介电常数；图13是小金字塔间隙与应变关系图，从图中可以发现，随着s2值小金字塔间隙的增大，内部金字塔应变增大，但接触减小；图14是大金字塔间隙与应变的关系曲线，从图中可以总结出，se值即大金字塔间隙越大，则相对面积的金字塔数目减少，法向应变增大，金字塔切向应变增大，但是间隙太大，空气域增大，介电材料接触面积急剧减小，电容初始值小，且介电参数变化量小，灵敏度降低。
结合图11-14进行尺寸优化，若是单层金字塔斜率在50度左右，该传感器为双层金字塔，结合传感器的稳定性和灵敏度，确定了双层金字塔传感器为以下尺寸参数：金字塔斜率大概为45度左右，大金字塔间隙为1mm，小金字塔间隙为0.375mm。并以此参数测出该传感器的相对电容变化量与压力关系曲线如图15、16，压力检测范围：0至41KPa，应力范围可以更大但灵敏度太低，不作计算，并作相对电容变化与压力函数关系如图16，从图中我们可以看出灵敏度简要分为三个阶段：0至500Pa，灵敏度大约3.06KPa-1，500Pa至10KPa内灵敏度大约为0.05KPa-1，10KPa至41KPa内，灵敏度大约为0.0125KPa-1。
本次仿真只为证明该结构的可行性以及性能考究，此外本发明可以采用高介电常数的材料或复合材料作为介电层，如介电常数9.5的聚偏氟乙烯(PVDF),灵敏度将有进一步提升，或通过采用不同的尺寸的柔性衬底厚度、平面激励电极厚度、金字塔底端连接的薄层厚度、大金字塔结构的宽、小金字塔结构的宽，来获取该条件下所优选地金字塔斜率、大金字塔间隙、小金字塔间隙，采用本发明结构相较于传统压力触觉传感器，具有高灵敏度。
对比例1
本对比例所采取的制备方法及制得的柔性传感器的各部件与实施例1相同，区别在于，尖端结构与实施例1的尖端结构设计不同，本对比例的第一尖端结构311与第二尖端结构321的尖端相对设置，呈尖端相顶的结构，但尖端相顶的结构在实施过程中，结构易出现错位，本对比例在与实施例1相同的条件下，测得高灵敏度大约为0.2KPa-1。
对比例2
本对比例采取的制备方法与实施例1相同，除第二尖端结构的尺寸外，其余结构的尺寸及尖端结构的布局也与实施例1相同，区别在于，本对比例第二尖端结构321的高与第一尖端结构311的高相同，呈1:1，此时测得本对比例的高灵敏度在2KPa范围内，为0.55KPa-1左右。
由实施例1、2与对比例1、2可以看出，对比例1因结构实施中易出现错位，相比本发明其灵敏度较低，对比例2因为尖端结构的高相同，两端都需产生应变，应变所需载荷加大，因而不易应变，影响介质层介电常数的体积占空比变化小，相比本发明，其精确度及灵敏度较低。
本发明结构新颖，本发明在使用时，传感器由柔性的第一平面激励电极11、第二平面激励电极21构成一个空间立体电容，受压力作用于传感器顶部时，极板间距离变化，同时极板间介质层的介电常数发生变化，从而实现电容值的变化。通过电容值的变化，可以感知所受压力的大小。压力作用下，柔性平面电极的面积不变，极板间的距离变大，且介电常数变大，对应的电容值变大；压力释放时，对应的电容值相应减小。通过多组实验的测量，标定确定压力下的一组电容值，从而在实际应用中可以通过电容值反演出对应的压力大小。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。如基于介质层设计结构与本产品一致，该结构原理基于改变介质层固体材料与空气的占空比，进而改变介质层的介电参数，制得的产品原理与本产品一致，皆在本产品保护范围内。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种电容式柔性压力触觉传感器，其特征在于，包括：
相对平行设置的第一电极层(1)、第二电极层(2)；
所述第一电极层(1)包括第一平面激励电极(11)，以及设置在所述第一平面激励电极(11)上顶面的第一柔性衬底(12)；所述第二电极层(2)包括第二平面激励电极(21)，以及设置在所述第二平面激励电极(21)下底面的第二柔性衬底(22)，所述第一平面激励电极(11)、第二平面激励电极(21)相对平行设置；
设置在所述第一电极层(1)内侧的具有阵列式的第一尖端结构(311)的第一介质层(31)，所述第二电极层(2)内侧设置有具有阵列式的第二尖端结构(321)的第二介质层(32)，所述第一尖端结构(311)大于所述第二尖端结构(321)，所述第一尖端结构(311)、第二尖端结构(321)均为实心结构，柔性压力触觉传感器受压时，所述第一尖端结构(311)被至少两个相邻的所述第二尖端结构(321)挤压，所述第一尖端结构(311)的顶端与所述第二平面激励电极(21)的水平面相触，所述第二尖端结构(321)的顶端悬空。
2.根据权利要求1所述的一种电容式柔性压力触觉传感器，其特征在于，所述第一介质层(31)设置在所述第一平面激励电极(11)内侧，所述第二介质层(32)设置在所述第二平面激励电极(21)内侧。
3.根据权利要求2所述的一种电容式柔性压力触觉传感器，其特征在于，所述第一平面激励电极(11)、第二平面激励电极(21)采用碳纳米管和共聚酯制得的复合材料，所述第一平面激励电极(11)、第二平面激励电极(21)大小尺寸一致。
4.根据权利要求1所述的一种电容式柔性压力触觉传感器，其特征在于，所述第一尖端结构(311)的边沿为锯齿状。
5.根据权利要求1所述的一种电容式柔性压力触觉传感器，其特征在于，柔性压力触觉传感器受压时，所述第一尖端结构(311)被四个相邻的所述第二尖端结构(321)挤压。
6.根据权利要求1所述的一种电容式柔性压力触觉传感器，其特征在于，所述第一尖端结构(311)、第二尖端结构(321)为金字塔形、三棱锥形、四棱锥形、圆锥形中任一种。
7.根据权利要求1所述的一种电容式柔性压力触觉传感器，其特征在于，所述第一尖端结构(311)与第二尖端结构(321)的高之比为1.5～6:1。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的电容式柔性压力触觉传感器的制备方法，其特征在于，具有以下步骤：
基于3D打印技术，打印出电极模具，按照0.05wt％的质量比，使碳纳米管分散在异丙醇中，倒入共聚酯预聚合溶液，再注入电极模具中，将含有碳纳米管的共聚酯预聚合溶液60℃真空干燥箱中固化1小时后，将其从模具剥离，形成碳纳米管和共聚酯的第一平面激励电极、第二平面激励电极；
基于3D打印技术，打印出第一尖端结构、第二尖端结构模具；
将PDMS(聚二甲基硅氧烷)主剂和PDMS固化剂以10:1的体积比进行配比，放入真空烘箱中抽真空20min去除PDMS中的气泡，将PDMS混合物分别注入两类尖端结构模具中，静置2h后覆盖上制备好的激励电极层，再放入真空干燥箱中75℃固化2h，待其固化后脱模，制得的携激励电极层的第一介质层、第二介质层；
将两块带有介质层的平面激励电极，沿着边缘口对齐合拢，在第一平面激励电极上顶面、第二平面激励电极下底面涂上一层硅橡胶薄膜制得第一柔性衬底、第二柔性衬底。
9.一种柔性压力触觉传感系统，其特征在于，包括壳体、设置在壳体内的控制电路，以及设置在所述壳体内如权利要求1-7任一项所述的电容式柔性压力触觉传感器。
10.一种柔性电子皮肤，其特征在于，该柔性电子皮肤设置有权利要求1-7任一项所述的电容式柔性压力触觉传感器。
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Address after: Floor 1-5, Building B7, Hefei Innovation and Technology Park, Intersection of Jianghuai Avenue and Sugang Road, Feixi County Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province, 231200 Patentee after: HEFEI AICHUANG MICROELECTRONICS TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 231200 the third floor of A2 East, Liheng industrial Plaza, Fanhua West Road, Taohua Industrial Park Development Zone, Feixi County, Hefei City, Anhui Province Patentee before: HEFEI AICHUANG MICROELECTRONICS TECHNOLOGY CO.,LTD. |