CN113503900A - 一种制作三维立体传感器的方法及传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种制作三维立体传感器的方法及三维立体传感器。制作三维立体传感器的方法可以继续采用目前成熟的丝网印刷技术进行电路图印制，在印制电路图的时候根据预设的立体三维结构进行电极排布，再结合折叠方法，可以将二维的传感方式转变成具有直观性的三维传感方式。这种方法简单地实现了二维传感方式至三维传感方式地跨越。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种制作三维立体传感器的方法及由所述方法制得的传感器。
背景技术
随着智能传感系统的发展和应用，控制接口作为重要交互器件已广泛应用于机器人、穿戴式设备、生物医疗等领域。其中，触觉传感器是最重要和复杂的一类传感器。
自2012年被报道以来，基于摩擦电效应的自供电触觉传感器已经得到了广泛的研究。基于摩擦电效应的自供电触觉传感器利用丝网印刷技术在特定的基底上印制电极，作为传感器的正摩擦层。丝网印刷技术属于传统的图案化技术，是一种二维平面(2D)技术。基于丝网印刷技术制备的传感器，都是基于平面操作识别触觉、滑觉信号，无法实现更加直观的三维传感和控制应用。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种制作三维立体传感器的方法及由所述方法制得的传感器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种制作三维立体传感器的方法及由所述方法制得的传感器。该制作三维立体传感器的方法可以基于现有的丝网印刷技术、再结合折叠的步骤来实现制作三维立体传感器。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种制作三维立体传感器的方法包括步骤S1：采用丝网印刷技术在预设基底上印制符合要求的电路图；步骤S2：将所述预设基底以预设折叠的方式进行折叠，从而将所述预设基底形成预设的立体三维结构。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1与步骤S2之间还包括步骤S12：在所述预设基底上印制与所述立体三维结构相匹配的折叠基准线。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，选用一个与所述预设的立体框架结构一致的立体框架，将所述预设基底以预设折叠的方式沿所述立体框架进行折叠，从而将所述立体框架包裹在所述预设基底内部。
作为本发明的进一步改进，所述预设基底的形状与所述立体框架的外表面的形状一致。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1之后形成的具有电路的预设基底包括基底层、电极层和负摩擦层。
作为本发明的进一步改进，所述电路图中电极的位置根据所述预设的立体三维结构进行相应地排布。
作为本发明的进一步改进，所述电路图在所述立体三维结构的各个面上可采用共用电极的模式。
本发明实施例还提供一种三维立体传感器，该三维立体传感器采用上述任意一种方法制作。
作为本发明的进一步改进，在所述三维立体传感器的任意一个面工作时，所述三维立体传感器可实现物体的二维平面运动感知。
作为本发明的进一步改进，在所述三维立体传感器的任意多个面结合工作时，所述三维立体传感器可实现物体的空间三维运动感知。
本发明具有以下优点：
本发明实施例提供了一种制作三维立体传感器的方法，该方法可以继续采用目前成熟的丝网印刷技术进行电路图印制，在印制电路图的时候根据预设的立体三维结构进行电极排布，再结合折叠方法，可以将二维的传感方式转变成具有直观性的三维传感方式。这种方法简单地实现了二维传感方式至三维传感方式地跨越。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的制作三维立体传感器的方法的流程步骤示意图；
图2为本发明实施例提供的制作三维立体传感器的方法中丝网印刷电路图的示意图；
图3为本发明实施例一提供的制作三维立体传感器的方法中折叠过程的示意图；
图4为本发明实施例二提供的制作三维立体传感器的方法中折叠过程的示意图；
图5为本发明实施例提供的三维立体传感器的二维平面控制原理示意图；
图6为本发明实施例提供的一种六面体的三维立体传感器的六个面展开示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
参图1所示，本发明实施例提供的一种制作三维立体传感器的方法的流程步骤示意图。该制作三维立体传感器的方法包括以下两个步骤。
步骤S1：采用丝网印刷技术在预设基底上印制符合要求的电路图。参图2所示，本发明实施例提供的制作三维立体传感器的方法中丝网印刷电路图的示意图。其中，电路图中电极的位置根据所述预设的立体三维结构进行相应地排布。进一步地，电路图在立体三维结构的各个面上可采用共用电极的模式。制图人员可以根据立体三维结构的形状及电路图所需实现的功能，对电极的位置进行排布和/或考虑共用电极。通过各种不同的排列组合，三维立体传感器可实现多种传感对应关系。
优选地，在步骤S1与步骤S2之间还包括步骤S12：在所述预设基底上印制与所述立体三维结构相匹配的折叠基准线。操作人员可以根据折叠基准线进行折叠，有效地降低后续折叠步骤的难度。在该实施例中，图2中的实线表示为电路走线，图2中的实线框图表示电极，图2中的虚线表示折叠基准线。
在步骤S1之后形成的具有电路的预设基底10包括基底层、电极层和负摩擦层。在该实施例中，基底层为最底层，基底层采用的材料为聚对苯二甲酸类塑料(PET)。电极层为中间层，即通过丝网印刷制作在基底层上的电极。电极也可称为传感器的正摩擦层。电极采用的材料为金属材料，如银、铜或铝等。负摩擦层为最上层，负摩擦层采用的材料包括聚酰亚胺(PI)薄膜材料、聚四氟乙烯(Teflon或PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)等。
步骤S2：将所述预设基底10以预设折叠的方式进行折叠，从而将所述预设基底形成预设的立体三维结构。如图3所示，本发明实施例一提供的制作三维立体传感器的方法中折叠过程的示意图。按照图3所示的步骤，可以将完成步骤S1之后的预设基底10形成预设的立体三维结构,从而获得立体三维传感器100。在该实施例中，预设的立体三维结构为正立方体。当然，在其他实施例中，预设的立体三维结构也可以为其他的立体形状。只需确保预设基底的形状与所述立体框架的外表面的形状一致即可。
如图4所示，本发明实施例二提供的制作三维立体传感器的方法中折叠过程的示意图。优选地，在步骤S2中选用一个与所述预设的立体框架结构一致的立体框架20，将所述预设基底10以预设折叠的方式沿立体框架20进行折叠，从而将立体框架20包裹在预设基底10内部。通过包裹一个立体框架20，三维立体传感器100更加稳定。立体框架20可以采用3D打印技术获得。
本发明实施例提供的制作三维立体传感器的方法可以继续采用目前成熟的丝网印刷技术进行电路图印制，在印制电路图的时候根据预设的立体三维结构进行电极排布，再结合折叠方法，可以将二维的传感方式转变成具有直观性的三维传感方式。这种方法简单地实现了二维传感方式至三维传感方式地跨越。
本发明实施例还提供一种三维立体传感器100，该三维立体传感器采用上述任意一种方法制作。在所述三维立体传感器的任意一个面工作时，三维立体传感器可实现物体的二维平面运动感知；在所述三维立体传感器的任意多个面结合工作时，所述三维立体传感器可实现物体的空间三维运动感知。
如图5所示，本发明实施例提供的三维立体传感器的二维平面控制原理示意图。三维立体传感器上的俯视图结构可以实现二维平面中物体的运动，比如控制小车在二维平面中的运动。图5中，E1、E2、E3、E4分别代表向前、左、后、右方向运动。通过手指的滑动或敲击相对应的电极位置，可以产生相应的信号使之向对应的方向运动。同时，三维立体传感器可以实现物体在二维平面内的转向。比如：当手指快速的划过E1和E2时或者同时电极E1和E2时，可以看着同时产生两个信号，通过编定好的程序，使小车实现左转的运动。同理，同时产生E1和E4信号时，可以使小车实现右转的运动。
如图6所示，本发明实施例提供的一种六面体的三维立体传感器的六个面展开示意图。在该实施例中，通过在各个面设定的电极布置以及L型、U型共用电极的方式，可以实现物体在空间三维的运动。在图5所示的控制X和Y方向的运动的基础上，加上主视图的E7和E8电极，可以实现物体在Z轴方向的上下运动。E7代表沿Z轴正向运动，E8代表沿Z轴负方向运动。左右视图为L型电极E6和E9，后视图为电极E5。通过俯视图和主视图的电极分布，可以实现了XYZ三自由度的直线运动。此外，控制器还可以实现沿各轴的旋转运动。例如：当手指快速地滑过，或者同时点击E4和E6电极时，使控制器同时产生两个电信号，通过编写好的程序，使之产生沿X轴顺时针方向的旋转运动。同理，E2和E9的信号对应着X轴逆时针方向的旋转。E1和E5的信号对应着Y轴顺时针方向的旋转；E3和E7的信号对应着Y轴逆时针方向的旋转。E6和E7的信号对应着Z轴顺时针方向的旋转；E7和E9的信号对应着Z轴逆时针方向的旋转。
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。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)
1.一种制作三维立体传感器的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
步骤S1：采用丝网印刷技术在预设基底上印制符合要求的电路图；
步骤S2：将所述预设基底以预设折叠的方式进行折叠，从而将所述预设基底形成预设的立体三维结构。
2.根据权利要求1所述的制作三维立体传感器的方法，其特征在于，所述步骤S1与步骤S2之间还包括步骤S12：在所述预设基底上印制与所述立体三维结构相匹配的折叠基准线。
3.根据权利要求1或2所述的制作三维立体传感器的方法，其特征在于，在步骤S2中，选用一个与所述预设的立体框架结构一致的立体框架，将所述预设基底以预设折叠的方式沿所述立体框架进行折叠，从而将所述立体框架包裹在所述预设基底内部。
4.根据权利要求3所述的制作三维立体传感器的方法，其特征在于，所述预设基底的形状与所述立体框架的外表面的形状一致。
5.根据权利要求1所述的制作三维立体传感器的方法，其特征在于，所述步骤S1之后形成的具有电路的预设基底包括基底层、电极层和负摩擦层。
6.根据权利要求1所述的制作三维立体传感器的方法，其特征在于，所述电路图中电极的位置根据所述预设的立体三维结构进行相应地排布。
7.根据权利要求1所述的制作三维立体传感器的方法，其特征在于，所述电路图在所述立体三维结构的各个面上可采用共用电极的模式。
8.一种三维立体传感器，其特征在于，所述三维立体传感器采用权利要求1至7中任意一种方法制作。
9.根据权利要求8所述的一种三维立体传感器，其特征在于，在所述三维立体传感器的任意一面工作时，所述三维立体传感器可实现物体的二维平面运动感知。
10.根据权利要求8所述的一种三维立体传感器，其特征在于，在所述三维立体传感器的任意多个面结合工作时，所述三维立体传感器可实现物体的空间三维运动感知。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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