CN113079632A - 一种高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分辨率高、性能稳定、制作工艺简单的高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法。高分辨率触觉传感器包括柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板；柔性导电层的两侧分别为作用面和接触面；接触面为平面结构，用于与外界交互以接受触觉事件；作用面与电容型指纹传感器的传感面贴合连接，且作用面上均匀分布有若干凸起，所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合，且贴合面积与压力值成比例；印制电路板与电容型指纹传感器电气连接，用于获取电容型指纹传感器输出的灰度图像信号。本发明借助电容型指纹传感器可以做到在很短的延时下得到高分辨率的接触图像，并且避免了复杂的布线和外部电路。
Description
技术领域
本发明涉及触觉传感领域，具体地涉及一种高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法。
背景技术
触觉传感器目前逐渐受到重视，其可在健康监视、人机交互、机器人智能控制等领域发挥重要作用。尤其在机械手操纵控制中，触觉传感器能提供丰富的接触力信息，对于机械手的灵巧操控至关重要。但是，目前触觉传感器在机器人上的应用还处于探索阶段，可能的原因如下：
(1)稳定性不足，容易损坏。大部分触觉传感器在使用过程中需要频繁经受不同大小的外界载荷，如果本身设计不够稳定，极易损坏。
(2)复杂的布线和外部电路。为了采集到的更丰富的触觉信息，触觉传感器需要更高的分辨率。可是更高的分辨率带来十分日趋复杂的布线，外部的数据读取电路同样也是难点。
(3)繁杂的制备工艺和昂贵的造价。随着触觉传感器对性能的要求越来越高，制造的工艺也日趋复杂，随之而来的是昂贵的售价。
现有技术利用视触觉、霍尔传感等原理，试图得到稳定可靠、性能优异、制作工艺较为简单的针对机器人领域的触觉传感器。例如，MIT研发的GelSight传感器利用相机拍摄接触表面的形貌来实现触觉传感。它由覆盖有反射蒙皮的透明弹性体、相机和内部LED光源组成，可以通过光度立体算法对接触表面的形貌进行重建。在透明弹性体中加上黑色的标记后，还可以通过分析标记的移动规律来判断表面接触力的类型。然而，由于使用了摄像头和自带的光源，GelSight传感器的缺点在于体积相对庞大，将其集成到机械手之间部分存在难度。
因此，亟需提供一种基于电容型指纹传感器的高分辨率触觉传感器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种分辨率高、性能稳定且制作工艺简单的基于电容型指纹传感器的高分辨率触觉传感器及其制作和检测方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种高分辨率触觉传感器，其包括柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板；
所述柔性导电层的两侧分别为作用面和接触面；所述接触面为平面结构，用于与外界交互以接受触觉事件；所述作用面朝向电容型指纹传感器的传感面，且作用面上均匀分布有若干凸起，所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合，且贴合面积与压力值成比例；所述印制电路板与电容型指纹传感器电气连接，用于获取所述电容型指纹传感器输出的灰度图像信号。
作为优选，所述柔性导电层采用柔性导电硅胶制成。
作为优选，所述柔性导电层作用面上的凸起结构均为半球形，所有凸起呈正交阵列排布。
作为优选，所述高分辨率触觉传感器还包括名义压力值转换模块；所述名义压力值转换模块用于统计所述灰度图像中有效接触点的个数；所述有效接触点为灰度图像中传感面与所述凸起接触处产生的像素点，并以接触面受压前后的有效接触点个数变化量表征接触面受到的名义压力值。
进一步的，所述高分辨率触觉传感器还包括实际压力值转换模块；所述实际压力值转换模块中设有名义压力值与实际压力值的转换方程，用于将接触面受到的名义压力值转换为实际压力值。
作为优选，所述高分辨率触觉传感器还包括外壳，柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板共同构成传感器主体；所述外壳由光固化树脂通过3D打印制成，包括能相互配合固定的底壳和顶壳；所述底壳为具有凹槽的结构，顶壳为中部镂空的框状结构；所述传感器主体置于底壳的凹槽中，上方盖设固定有顶壳。
第二方面，本发明提供了一种高分辨率触觉传感器的制作方法，其具体如下：
S11：将液态导电硅胶与固化剂混合后注入模具中，平整表面并去除混合物内部的气泡，静置至混合物固化完全，取出固化的混合物，得到柔性导电层；所述柔性导电层的作用面上均匀分布有若干凸起，接触面为平面结构；
S12：将电容型指纹传感器与印制电路板电气连接；
S13：将所述柔性导电层的作用面置于电容型指纹传感器上，使作用面上的所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合；组装后得到高分辨率触觉传感器。
作为优选，将所述电容型指纹传感器固定在带有串行外设接口的印制电路板的背面，使电容型指纹传感器的串行外设接口通过软排线与印制电路板的正面接口连接。
第三方面，本发明提供了一种利用上述任一所述的高分辨率触觉传感器的压力检测方法，其具体如下：
当柔性导电层的接触面受到压力时，柔性导电层产生变形，使凸起结构与电容型指纹传感器中敏感元件的接触面积发生变化；所述接触面积与电容型指纹传感器的电容值大小成正比，使电容型指纹传感器采集到的图像中灰度值不同；通过统计图像中有效接触点的个数，得到名义压力值；通过所述名义压力值与实际压力值的转换方程，得到实际压力值。
作为优选，将所述电容型指纹传感器采集到的原始灰度图像通过SPI通讯协议传输到上位机中；利用上位机对原始灰度图像进行预处理，使原始灰度图像的对比度增强，得到预备灰度图像；根据柔性导电层作用面上凸起的数量，将所述预备灰度图像分割为同等大小的若干区域，每个所述区域包括一个凸起；将每个区域中的背景点去除，得到有效接触点；所述背景点为传感面不与所述凸起接触处在灰度图像中产生的像素点；通过统计有效接触点的个数，得到名义压力值。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)本发明通过表面带有凸起结构的柔性导电层，使得外界接触力的大小可以呈现在凸起阵列中每一个凸起点与传感器表面之间的接触面积上。由于接触面积与电容型指纹传感器的电容值大小成正比，从而使电容型指纹传感器采集到的图像中灰度值不同，能够通过图像反映接触面积的变化；通过统计图像中有效像素值对应像素点的个数，得到名义压力值；通过所述名义压力值与实际压力值的对应关系，得到实际压力值。通过对凸起阵列数量的控制，可以得到所需分辨率大小的灰度图像。
2)本发明采用的电容型指纹传感器输出的图像分辨率为192×192，采集+输出一张接触图像的时间约为27ms。借助电容型指纹传感器可以做到在很短的延时下得到高分辨率的接触图像，并且避免了复杂的布线和外部电路。
3)本发明通过对传感器获得的灰度图像进行预处理、分割、设定阈值等后处理操作，可以将柔性导电层上每一个凸起结构与指纹传感器的接触面积换算成名义压力值，实现分布式多点压力检测。
附图说明
图1是实施例1中高分辨率触觉传感器的整体结构示意图。
图2是实施例1中柔性导电层的设计尺寸图。
图3是实施例1中电容型指纹传感器的尺寸图。
图4是实施例1中高分辨率触觉传感器的表面接触力传感机理示意图。
图5是实施例1中带有SPI接口的PCB板设计图。
图6是实施例1中外壳的设计示意图。
图7是实施例1中两种压力幅值和两种压力分布作用下触觉传感器输出图像。
图8是实施例2～5中不同偏压外力作用下的触觉传感器输出图像。
图9是实施例6中将触觉传感器图像进行分布式多点压力检测方法处理流程和结果示意图。
图10是实施例7中圆柱、半球和圆锥性三种凸起形状的示意图。
图11是实施例7中有限元结果呈现的不同凸起形状下接触力随着形变的变化曲线。
图12是实施例7中有限元结果呈现的不同凸起形状下接触面积随着形变的变化曲线。
图13是实施例7中有限元软件中对传感器分别在均匀受压和局部受压两种工况下的应力云图、位移云图以及两个云图分别对应的接触面积结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
本发明提供了一种高分辨率触觉传感器，该高分辨率触觉传感器主要包括柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板。柔性导电层的一侧为作用面，另一侧为接触面。其中，接触面为平面结构，用于与外界交互以接受触觉事件。
实际应用时，接触面应制作的尽可能保持平整，以便于受压时能够将压力均匀传递至下方，防止由于凹凸不平导致受压不均，产生较大的误差。柔性导电层可以采用柔性导电硅胶制成，该种材料不仅性能良好，而且工艺成熟、易于取得；具体的柔性导电硅胶可以采用电导率约为0.008Ω/cm2的硅胶材料，硬度约为邵氏硬度65HA，伸长率约为350％。
作用面朝向电容型指纹传感器的传感面设置，且作用面上均匀分布有多个凸起，所有凸起都能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合，且贴合面积与接触面收到的压力值成比例。印制电路板与电容型指纹传感器电气连接，用于获取电容型指纹传感器输出的灰度图像信号。
也就是说，当柔性导电层的接触面受到外界压力时，作用面的微凸起结构就会与指纹传感器接触并挤压，从而使得作用面与指纹传感器之间的接触面积发生变化。随着外界正压力的增加，微凸起结构与指纹传感器的接触面积也会随之增加。由于柔性导电层导电，因此微凸起结构与指纹传感器接触的部分，对应的电容值较小，而未与指纹传感器接触的部分，对应的电容值较大。根据电容型指纹传感器的机理，微凸起结构与指纹传感器的接触面积可以呈现在指纹传感器输出的灰度图像中。因此，接触面积的变化可以很直观的反映在指纹传感器输出的灰度图像上，通过统计接触图案像素点的个数即可得到外界正压力的相对大小和分布。
本发明所使用的电容型指纹传感器是一种利用测量表面分布电容量来检测指纹图像的传感器。在电容型指纹传感器表面下方是金属电极组成的电容像素阵列，与传感器表面上方的物质形成电容。具体的，电容型指纹传感器的型号可以采用FPC1020AM，能通过测量表面电容分布来输出相应的8位灰度图案。
在实际应用时，作用面与传感面之间可以设置为两种形式，具体如下：一种形式可以将作用面与传感面未受压时的初始位置设置为相互不接触连接，即未受压时作用面与敏感元件之间没有接触面积，只有受压时作用面与敏感元件之间才会接触贴合，从而反映在传感器输出的灰度图像上，该种设置形式对最终得到的压力值误差影响小，但对于制作方法的要求较高，在工业应用上难以达到制作要求；另一种形式可以将作用面与传感面之间相互贴合接触连接，从而使得接触面在受压时能够改变作用面与敏感元件之间接触的面积，虽然该种设置方式在未受压时也会由于贴合作用使得作用面与敏感元件之间具有一定的接触面积从而反映在传感器输出的灰度图像上，但是通过对图像的后处理手段能够消除该影响，不会显著影响最终得到的压力值，而且该种设置方式对于制作方法的要求较低，相比于第一种设置形式更易实现。
为了使柔性导电层能够更灵敏的将受到的压力传递到电容型指纹传感器上，可以将柔性导电层作用面上的凸起结构均设置为半球形的微型凸起，且所有凸起呈现均匀的正交阵列排布，从而使得凸起能够充分反应柔性导电层各处的受力情况。
在实际应用时，高分辨率触觉传感器还可以设置一个名义压力值转换模块，该名义压力值转换模块能统计灰度图像信号中的有效接触点的个数，其中，有效接触点为灰度图像中传感面与凸起接触处产生的像素点，并以接触面受压前后的有效接触点个数变化量表征接触面受到的名义压力值，即将贴合面积对应的灰度图像信号转换为名义压力值。除了上述灰度图像信号转换方式，还可以将指纹传感器采集到的灰度图像通过SPI通讯协议传输到上位机，通过上位机将灰度图像信号转换为名义压力值，即采用外置的名义压力值转换模块，以简化高分辨率触觉传感器的结构。
同样的，高分辨率触觉传感器除了可以设置名义压力值转换模块将灰度图像信号转换为名义压力值，还可以在此基础上设置一个实际压力值转换模块。实际压力值转换模块中设有名义压力值与实际压力值的转换方程，能将接触面受到的名义压力值转换为实际压力值。根据该种转换方式，能够将本发明的高分辨率触觉传感器应用范围进行扩大，不仅可以检测压力的变化情况，还可以检测实际的压力值大小。除了上述名义压力值转换方式，还可以在使用前通过实验建立名义压力值与实际压力值的对应关系，随后利用该对应关系，将得到的名义压力值转换为实际压力值。
在实际应用时，为了更好的保护本发明的高分辨率触觉传感器，还可以将柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板共同构成的传感器主体置于外壳中。外壳材料可以采用光固化树脂，由3d打印制成，主要功能用来支承传感器主体，并起到保护作用。现给出外壳的一种设置方式，具体如下：外壳包括底壳和顶壳两部分，底壳为具有凹槽的结构，顶壳为中部镂空的框状结构，底壳和顶壳之间能够相互配合固定，也能够实现两者的拆卸；使用时，将传感器主体置于底壳的凹槽中，随后在传感器主体的上方盖设固定顶壳。
本发明还给出了一种上述高分辨率触觉传感器的制作方法，具体步骤如下：
S11：将液态导电硅胶与固化剂混合后注入模具中，平整位于模具中的混合物表面，并去除混合物内部的气泡，静置至混合物固化完全，取出固化的混合物，得到柔性导电层。柔性导电层的作用面上均匀分布有若干凸起，接触面为平面结构。
在实际应用时，该步骤可以采用下述方式：
首先使用数控CNC技术加工得到铝合金材质的模具，将液态导电硅胶与固化剂以10:1的质量比混合并得到混合物，随后将混合物注入模具中。使用刮片将表面整理平整后，放入真空泵抽真空30分钟，以充分去除混合物内部的气泡。等待导电硅胶固化完全后，使用镊子将固化后的柔性导电层取出静置。
S12：将电容型指纹传感器与印制电路板电气连接。具体的，将电容型指纹传感器固定在带有串行外设接口的印制电路板的背面，使电容型指纹传感器的串行外设接口通过软排线与印制电路板的正面接口连接。
S13：将柔性导电层的作用面置于电容型指纹传感器上，使作用面上的所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合。
通过上述步骤的组装后，即得到本发明的高分辨率触觉传感器。
利用上述高分辨率触觉传感器来检测压力的方法具体如下：
当柔性导电层的接触面受到压力时，柔性导电层会产生变形，同时使凸起结构与电容型指纹传感器中敏感元件的接触面积发生变化。由于接触面积与电容型指纹传感器的电容值大小成正比，因此，不同凸起结构的受压程度会使得电容型指纹传感器采集到的图像中灰度值不同。通过统计图像中有效接触点的个数，能够得到名义压力值。随后通过名义压力值与实际压力值的对应关系，能够计算得到实际压力值。
在本发明的一个实施例中，可以采用如下具体方法步骤：
S21：将电容型指纹传感器采集到的原始灰度图像通过SPI通讯协议传输到上位机中。
S22：利用上位机对原始灰度图像进行预处理，使原始灰度图像的对比度增强，得到预备灰度图像。预处理步骤具体可以采用如下步骤：
S221：根据映射规则，将原始灰度图像中的每一个像素点进行映射，得到每一个像素点对应的第一像素值；映射规则为将最小像素值到255之间的数据范围线性映射到0～255的数据范围；
S222：用255减去每一个像素点的第一像素值，得到每一个像素点对应的第二像素值。
S23：根据柔性导电层作用面上凸起的数量，将预备灰度图像分割为同等大小的若干区域，每个区域包括一个凸起。例如，若凸起阵列为3×3大小，则将图片分割为同等大小的3×3共9个区域，每个区域对应一个凸起的接触图形。
S24：对每一个分割出来的区域，设定一个像素阈值。将低于该阈值的像素值对应像素点视为背景点，高于或等于该阈值的像素值对应像素点视为有效接触点。也就是说，通过预先给定像素阈值的方式，将背景点和有效接触点区分开。
实际应用时，像素阈值设定的方法可以采用最小像素值法，即对于传感器时延比较重视的使用场景下，可以选择剔除噪声过滤值后每一个图像区域中最小像素值作为像素阈值，以减少算法复杂度。或者采用其他常见的像素阈值设定方法，比如各类边缘检测算法，包括一阶边缘检测算子、二阶边缘检测算子、Sobel边缘检测算子和Canny边缘检测算子等等。
在该步骤中，对每一个区域分别设定图像阈值是为了避免各区域之间的误差，比如每个区域中凸起结构形状上的差异、环境噪声值的不同等等。但实际上，若是对精度要求不高或者工作状态稳定时，可以将所有区域统一设定一个像素阈值，以简化检测步骤。
S25：对每一个分割出来的区域，统计有效接触点的个数，，得到名义压力值。名义压力值通过标定后可换算为真实压力值，由此可以实现接触面上的分布式多点压力检测。
实施例1
如图1所示，本实施例制作了一种高分辨率触觉传感器，包括柔性导电层、电容型指纹传感器、印制电路板(PCB板)和外壳。其中，柔性导电层的作用面上带有微型凸起结构，呈正交阵列排布。柔性导电层的长宽约为1.6cm×1.6cm，厚度约为1mm，表面凸起呈半球形，半径为1.5mm，球心位置位于表面下方0.5mm，具体结构如图2所示。本实施例采用的电容型指纹传感器的有效功能表面面积为9.6mm×9.6mm，外观尺寸如图3所示。当柔性导电层的接触面受到外力时，柔性导电层会产生变形，导致局部位置的凸起结构与指纹传感器接触的面积增大，如图4所示。随着外力的增大，半球形凸起与其下方指纹传感器的接触面积也越大。由此，利用柔性导电硅胶凸起阵列与指纹传感器表面之间的接触面积变化，能够检测接触力的大小和分布。
本实施例采用的PCB板带有串行外设接口(SPI接口)，PCB板位于指纹传感器下方，尺寸为17mm×17mm×1.6mm，其功能是将传感器的SPI接口转换成常规的2.54mm排针引脚，便于和上位机连接，同时也有稳压和滤波功能，设计图如图5所示。外壳材料为光固化树脂，由3d打印制成，主要功能用来支承传感器主体，并起到保护作用，如图6所示。
利用上述高分辨率触觉传感器对实物进行压力检测测试，如图7所示，为两种压力幅值和两种压力分布的传感器输出结果。从图中可以看出，在外力为均布压力的情况下，传感器输出图像中各个凸起的接触图案面积基本相同，并且随着压力的增大而同步增大；在外力为右上方偏压的情况下，传感器输出图像中各个凸起的接触图案面积产生差异，右上方凸起的接触面积明显大于其他位置，并且随着压力的增大而同步增大。测试的结果显示，该高分辨率触觉传感器能够在检测压力大小的同时检测压力的分布，实现分布式多点压力检测。
实施例2
本实施例利用实施例1中的高分辨率触觉传感器，对实物进行压力检测测试，测试过程中采用的偏压方向为左上方，通过该测试得到的传感器输出图像如图8所示。
实施例3
本实施例利用实施例1中的高分辨率触觉传感器，对实物进行压力检测测试，测试过程中采用的偏压方向为上方，通过该测试得到的传感器输出图像如图8所示。
实施例4
本实施例利用实施例1中的高分辨率触觉传感器，对实物进行压力检测测试，测试过程中采用的偏压方向为下方，通过该测试得到的传感器输出图像如图8所示。
实施例5
本实施例利用实施例1中的高分辨率触觉传感器，对实物进行压力检测测试，测试过程中采用的偏压方向为右方，通过该测试得到的传感器输出图像如图8所示。
也就是说，实施例2～实施例5除了在实物测试中，采用的不同方向的偏压之外，其余步骤和参数均与实施例1相同。表1列出实施例1～实施例5在实物测试中采用的偏压方向。
表1实施例1～实施例6在实物测试中采用的偏压方向
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 偏压方向 | 均布/右上 | 左上 | 上 | 下 | 右 |
实施例2～实施例5得到的传感器输出图像如图8所示。从传感器输出图像中可以看出，在不同外力偏压的情况下，传感器输出图像中各个凸起的接触图案面积都有明显的差异，偏压区域的凸起的接触面积明显大于其他位置，说明本发明的高分辨率触觉传感器能够对不同情况的压力分布进行检测。
实施例6
实施例6是实施例4的后续处理，因此在其余步骤、参数以及偏压方向上均与实施例4相同。通过实施例4的步骤得到传感器的输出图像后，利用图像后处理过程能够得到接触表面的分布压力值，具体如下：
S21：将电容型指纹传感器采集到的原始灰度图像通过SPI通讯协议传输到上位机中。
S22：利用上位机对原始灰度图像进行预处理，具体如下：
S221：根据映射规则，将原始灰度图像中的每一个像素点进行映射，得到每一个像素点对应的第一像素值；映射规则为将最小像素值到255之间的数据范围线性映射到0～255的数据范围；
S222：用255减去每一个像素点的第一像素值，得到每一个像素点对应的第二像素值，进而得到相比于原始灰度图像对比度增强的预备灰度图像。
S23：由于本实施例的凸起阵列为3×3大小，因此将图片分割为同等大小的3×3共9个区域，每个区域对应一个凸起的接触图形。
S24：对每一个分割出来的区域，采用最小像素值法设定一个像素阈值，通过预先给定像素阈值的方式，将背景点和有效接触点区分开，进而得到有效接触点。
S25：对每一个分割出来的区域，统计有效接触点的个数，得到名义压力值。
也就是说，实施例7得到的传感器图像，经过上述的图像后处理方法，得到名义压力值，如图9所示。本实施例说明本发明的触觉传感器可以定量准确地检测分布式多点压力。
实施例7
为了达到更好的传感性能，通过有限元模拟(即有限元分析)的方式对柔性导电层的凸起形状进行优化和选择。备选的结构有圆柱(Cylinder)、半球(Hemisphere)和圆锥(Cone)三种形状的凸起结构，如图10所示。在试验过程中，保持三种形状凸起结构的体积一致，在有限元软件中进行正向压缩模拟。不同凸起形状下，接触力随着形变的变化曲线如图11所示，凸起与指纹传感器表面接触面积随着形变的变化曲线如图12所示。由于接触力随压缩位移的变化曲线主要体现了传感器的力检测范围，而接触面积随着压缩位移的变化曲线主要体现了传感器的灵敏度等响应性能。因此，综合上述两者，可以发现半球形的凸起是三种形状中较为理想的结构。
进一步，在有限元软件中模拟对本发明的触觉传感器分别在均匀受压和局部受压两种工况下的工作情况。从图13第一排可以看出，在均匀受压情况下，各凸起的接触面积基本等大；从第二排图片可以看出，在局部受压(即中部受压)情况下，中间凸起的接触面积最大，四周的接触面积较小。模拟结果显示，传感器可以展现出不同压力分布的情况。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高分辨率触觉传感器，其特征在于，包括柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板；
所述柔性导电层的两侧分别为作用面和接触面；所述接触面为平面结构，用于与外界交互以接受触觉事件；所述作用面朝向电容型指纹传感器的传感面，且作用面上均匀分布有若干凸起，所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合，且贴合面积与压力值成比例；所述印制电路板与电容型指纹传感器电气连接，用于获取所述电容型指纹传感器输出的灰度图像信号。
2.根据权利要求1所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述柔性导电层采用柔性导电硅胶制成。
3.根据权利要求1所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述柔性导电层作用面上的凸起结构均为半球形，所有凸起呈正交阵列排布。
4.根据权利要求1所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述高分辨率触觉传感器还包括名义压力值转换模块；所述名义压力值转换模块用于统计所述灰度图像中有效接触点的个数；所述有效接触点为灰度图像中传感面与所述凸起接触处产生的像素点，并以接触面受压前后的有效接触点个数变化量表征接触面受到的名义压力值。
5.根据权利要求4所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述高分辨率触觉传感器还包括实际压力值转换模块；所述实际压力值转换模块中设有名义压力值与实际压力值的转换方程，用于将接触面受到的名义压力值转换为实际压力值。
6.根据权利要求1所述的高分辨率触觉传感器，其特征在于，所述高分辨率触觉传感器还包括外壳，柔性导电层、电容型指纹传感器和印制电路板共同构成传感器主体；所述外壳由光固化树脂通过3D打印制成，包括能相互配合固定的底壳和顶壳；所述底壳为具有凹槽的结构，顶壳为中部镂空的框状结构；所述传感器主体置于底壳的凹槽中，上方盖设固定有顶壳。
7.一种高分辨率触觉传感器的制作方法，其特征在于，具体如下：
S11：将液态导电硅胶与固化剂混合后注入模具中，平整表面并去除混合物内部的气泡，静置至混合物固化完全，取出固化的混合物，得到柔性导电层；所述柔性导电层的作用面上均匀分布有若干凸起，接触面为平面结构；
S12：将电容型指纹传感器与印制电路板电气连接；
S13：将所述柔性导电层的作用面置于电容型指纹传感器上，使作用面上的所有凸起均能够在接触面受压时与电容型指纹传感器的敏感元件贴合；组装后得到高分辨率触觉传感器。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，将所述电容型指纹传感器固定在带有串行外设接口的印制电路板的背面，使电容型指纹传感器的串行外设接口通过软排线与印制电路板的正面接口连接。
9.一种利用权利要求1～6任一所述的高分辨率触觉传感器的压力检测方法，其特征在于，具体如下：
当柔性导电层的接触面受到压力时，柔性导电层产生变形，使凸起结构与电容型指纹传感器中敏感元件的接触面积发生变化；所述接触面积与电容型指纹传感器的电容值大小成正比，使电容型指纹传感器采集到的图像中灰度值不同；通过统计图像中有效接触点的个数，得到名义压力值；通过所述名义压力值与实际压力值的转换方程，得到实际压力值。
10.根据权利要求9所述的压力检测方法，其特征在于，将所述电容型指纹传感器采集到的原始灰度图像通过SPI通讯协议传输到上位机中；利用上位机对原始灰度图像进行预处理，使原始灰度图像的对比度增强，得到预备灰度图像；根据柔性导电层作用面上凸起的数量，将所述预备灰度图像分割为同等大小的若干区域，每个所述区域包括一个凸起；将每个区域中的背景点去除，得到有效接触点；所述背景点为传感面不与所述凸起接触处在灰度图像中产生的像素点；通过统计有效接触点的个数，得到名义压力值。
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