CN113532705B - 阵列式触觉传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器的技术领域，提供了一种阵列式触觉传感器，包括：具有多条第一直线凹槽和多条第二直线凹槽的柔性衬底层、盖设在所述柔性衬底层上并覆盖所述第一直线凹槽和所述第二直线凹槽的柔性按压层、多个分别沿所述第一直线凹槽发射第一预定光束的第一光发射器、多个分别用于接收所述第一光发射器发出光束的第一光接收器、多个分别朝所述第二直线凹槽内发射第二预定光束的第二光发射器，以及多个分别用于接收所述第二光发射器发出光束的第二光接收器；各所述第一直线凹槽分别与多个所述第二直线凹槽交汇形成交汇空间。
Description
技术领域
本发明属于传感器的技术领域，更具体地说，是涉及一种阵列式触觉传感器。
背景技术
随着各领域智能化水平的不断提高，越来越多的智能化设备走入人们的工作和生活之中，这导致人-机-环境三者之间的交互越发频繁。在智能假肢、虚拟现实、遥操作、健康监测、分拣抓取等领域中，触觉信息是反映、评价智能设备交互行为的主要数据之一。为了提高触觉传感的灵敏性与准确性，使其具有与生物皮肤相似的触觉感知性能，近年来触觉传感器不断朝着阵列式与柔性化方向发展，从而使其能够更好地顺应外部安装与接触环境，实现对接触力、接触位置、接触表面刚度与纹理特征等触觉信息的灵敏检测。
柔性触觉传感器的根据其感知机理主要包括：压阻式(如液态金属、金属纳米线、石墨烯、碳纳米管等)、压电式(如聚二甲基硅氧烷薄膜压力传感器等)、电容式(如摩擦电传感等)、气压式、光导式与电磁式等。目前大多数柔性触觉传感器由于其存在制备工艺复杂、传感材料性能不稳定、使用条件受限等问题，导致其尚还处于实验室研究阶段，阻碍了其产业化及商品化进程。因此为了推进柔性触觉传感器在各领域中的实际应用，提高其商品化能力，柔性触觉传感器亟待解决的共性技术问题主要包括：简化传感器结构及制备工艺、提高传感器感知机理可靠性、增强传感器环境扰动抵抗性等方面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阵列式触觉传感器，以解决现有技术中存在的制备工艺复杂、材料性能不稳定、使用条件受限的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种阵列式触觉传感器包括：具有多条第一直线凹槽和多条第二直线凹槽的柔性衬底层、盖设在所述柔性衬底层上并覆盖所述第一直线凹槽和所述第二直线凹槽的柔性按压层、多个分别沿所述第一直线凹槽发射第一预定光束的第一光发射器、多个分别用于接收所述第一光发射器发出光束的第一光接收器、多个分别朝所述第二直线凹槽内发射第二预定光束的第二光发射器，以及多个分别用于接收所述第二光发射器发出光束的第二光接收器；各所述第一直线凹槽分别与多个所述第二直线凹槽交汇形成交汇空间的阵列；多个所述第一直线凹槽、多个所述第一光发射器，以及多个所述第一光接收器分别一一对应；多个所述第二直线凹槽、多个所述第二光发射器，以及多个所述第二光接收器分别一一对应；
各所述交汇空间内分别设置有弹性透光组件；当所述柔性按压层在外力作用下朝所述柔性衬底层按压所述弹性透光组件时，经过所述弹性透光组件的第一预定光束发生会聚，经过所述弹性透光组件的第二预定光束发生会聚。
进一步地，所述弹性透光组件包括：具有容置腔的箱体、封盖、弹性膜、第一透光膜、第二透光膜、第三透光膜，以及第四透光膜；所述箱体上开设有与所述容置腔连通的开口，所述封盖覆盖在所述开口上；所述封盖上开设有与所述容置腔连通的第一通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第一预定光束上的第二通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第一预定光束上的第三通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第二预定光束上的第四通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第二预定光束上的第五通孔；所述弹性膜覆盖在所述第一通孔上；所述第一透光膜覆盖在所述第二通孔上，所述第二透光膜覆盖在所述第三通孔上，所述第一透光膜为弹性材料制成的一体件；所述第三透光膜覆盖在所述第四通孔上，所述第四透光膜覆盖在所述第五通孔上，所述第三透光膜为弹性材料制成的一体件。
进一步地，所述容置腔相对两侧壁分别向外凸设形成第一凸台和第二凸台，所述第一凸台卡设在所述交汇区一侧的所述第一直线凹槽内，所述第二凸台卡设在所述交汇区另一侧的所述第一直线凹槽内；所述容置腔相对两侧壁分别向外凸设形成第三凸台和第四凸台，所述第三凸台卡设在所述交汇区一侧的所述第二直线凹槽内，所述第四凸台卡设在所述交汇区另一侧的所述第二直线凹槽内。
进一步地，还包括：设置在所述柔性按压层上的凸起部；所述凸起部插设在所述第一通孔内。
进一步地，所述容置腔内填充有可供光束穿过的预定液体。
进一步地，各所述第一直线凹槽分别平行设置，各所述第二直线凹槽分别平行设置。
进一步地，各所述第一直线凹槽分别与各所述第二直线凹槽相互垂直设置。
进一步地，所述第一直线凹槽与所述第二直线凹槽的宽度相同。
本发明还提供了一种阵列式触觉传感器的制造方法，包括：
S1：预备柔性衬底层；在所述柔性衬底层上形成多条第一直线凹槽和多条第二直线凹槽；各所述第一直线凹槽分别与多个所述第二直线凹槽交汇形成交汇空间的阵列；
S2：预备第一光发射器、第一光接收器、第二光发射器，以及第二光接收器；所述第一光发射器发射的第一预定光束沿第一直线凹槽传播并到达第一光接收器；所述第二光发射器发射的第二预定光束沿第二直线凹槽传播并到达第二光接收器；多个所述第一直线凹槽、多个所述第一光发射器，以及多个所述第一光接收器分别一一对应；多个所述第二直线凹槽、多个所述第二光发射器，以及多个所述第二光接收器分别一一对应；
S3：预备柔性按压层和弹性透光组件；在各交汇空间内分别设置弹性透光组件，将柔性按压层覆盖各第一直线凹槽和各第二直线凹槽；其中，当所述柔性按压层在外力作用下朝所述柔性衬底层按压所述弹性透光组件时，经过所述弹性透光组件的第一预定光束发生会聚，经过所述弹性透光组件的第二预定光束发生会聚。
进一步地，各所述第一直线凹槽分别平行设置，各所述第二直线凹槽分别平行设置；各所述第一直线凹槽分别与各所述第二直线凹槽相互垂直设置。
本发明提供的阵列式触觉传感器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的阵列式触觉传感器，第一光发射器发射第一预定光束并沿第一直线凹槽传播，沿第一直线凹槽传播的第一预定光束到达第一光接收器后接收；第二光发射器发射第二预定光束并沿第二直线凹槽传播，沿第二直线凹槽传播的第二预定光束到达第二光接收器后接收；第一直线凹槽、第一光发射器，以及第一光接收器分别为多个；多个第一直线凹槽、多个第一光发射器，以及多个第一光接收器分别一一对应；第二直线凹槽、第二光发射器，以及第二光接收器分别为多个；多个第二直线凹槽、多个第二光发射器，以及多个第二光接收器分别一一对应；每个第一直线凹槽分别与多个第二直线凹槽交汇形成交汇空间，多个第一直线凹槽和多个第二直线凹槽相互交汇形成交汇空间的阵列；每个交汇空间内分别设置有弹性透光组件，第一预定光束穿过弹性透光组件，第二预定光束穿过弹性透光组件；当柔性按压层按压弹性透光组件时，弹性透光组件发生形变并使第一预定光束发生会聚，使得第一光接收器接收到的第一预定光束发生变化，用户根据该变化来判断第一直线凹槽内是否有弹性透光组件被按压到；当柔性按压层按压弹性透光组件时，弹性透光组件发生形变并使第二预定光束发生会聚，使得第二光接收器接收到的第二预定光束发生变化，用户根据该变化来判断第二直线凹槽内是否有弹性透光组件被按压到；当某个交汇空间内弹性透光组件被按压时，与交汇空间对应的第一直线凹槽内第一预定光束发生变化，与交汇空间对应的第二直线凹槽内第二预定光束发生变化，用户根据第一直线凹槽和第二直线凹槽内光束变化即可判断是哪个交汇空间内弹性透光组件被按压，从而判断出被按压的坐标位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，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阵列式触觉传感器的分解示意图；
图2为本发明实施例提供的柔性按压层的立体示意图；
图3为本发明实施例提供的封盖和弹性膜的立体示意图一；
图4为本发明实施例提供的封盖和弹性膜的立体示意图二；
图5为本发明实施例提供的箱体的立体示意图一；
图6为本发明实施例提供的箱体的立体示意图二；
图7为本发明实施例提供的柔性衬底层的立体示意图；
图8为本发明实施例提供的阵列式触觉传感器(此时，用户没有按压柔性按压层)的原理示意图；
图9为本发明实施例提供的阵列式触觉传感器(此时，用户按压柔性按压层以使凸起部将弹性膜向容置腔内凹陷，且第一透光膜和第三透光膜朝容置腔外侧突出形成凸透镜状)的原理示意图。
其中，图中各附图标记：
1-柔性衬底层；111-第一直线凹槽；112-第二直线凹槽；12-定位孔；13-第一安装孔；14-第二安装孔；15-交汇空间；21-箱体；211-第二通孔；212-第三通孔；213-第四通孔；214-第五通孔；215-开口；22-封盖；221-第一通孔；23-容置腔；31-弹性膜；32-第一透光膜；33-第二透光膜；34-第三透光膜；35-第四透光膜；41-柔性按压层；42-凸起部；43-定位柱；51-第一光发射器；52-第一光接收器；53-第二光发射器；54-第二光接收器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1至图9，现对本发明提供的阵列式触觉传感器进行说明。阵列式触觉传感器包括：具有多条第一直线凹槽111和多条第二直线凹槽112的柔性衬底层1、盖设在柔性衬底层1上并覆盖第一直线凹槽111和第二直线凹槽112的柔性按压层41、多个分别沿第一直线凹槽111发射第一预定光束的第一光发射器51、多个分别用于接收第一光发射器51发出光束的第一光接收器52、多个分别朝第二直线凹槽112内发射第二预定光束的第二光发射器53，以及多个分别用于接收第二光发射器53发出光束的第二光接收器54；各所述第一直线凹槽111分别与多个所述第二直线凹槽112交汇形成交汇空间15；多个所述第一直线凹槽111、多个所述第一光发射器51，以及多个所述第一光接收器52分别一一对应；多个所述第二直线凹槽112、多个所述第二光发射器53，以及多个所述第二光接收器54分别一一对应；各交汇空间15内分别设置有弹性透光组件；当柔性按压层41在外力作用下朝柔性衬底层1按压弹性透光组件时，经过弹性透光组件的第一预定光束发生会聚(会聚：比如平行光束经过弹性透光组件后聚焦)，经过弹性透光组件的第二预定光束发生会聚。
如此，第一光发射器51发射第一预定光束并沿第一直线凹槽111传播，沿第一直线凹槽111传播的第一预定光束到达第一光接收器52后接收；第二光发射器53发射第二预定光束并沿第二直线凹槽112传播，沿第二直线凹槽112传播的第二预定光束到达第二光接收器54后接收；第一直线凹槽111、第一光发射器51，以及第一光接收器52分别为多个；多个第一直线凹槽111、多个第一光发射器51，以及多个第一光接收器52分别一一对应；第二直线凹槽112、第二光发射器53，以及第二光接收器54分别为多个；多个第二直线凹槽112、多个第二光发射器53，以及多个第二光接收器54分别一一对应；每个第一直线凹槽111分别与多个第二直线凹槽112交汇形成交汇空间15，多个第一直线凹槽111和多个第二直线凹槽112相互交汇形成交汇空间15的阵列；每个交汇空间15内分别设置有弹性透光组件，第一预定光束穿过弹性透光组件，第二预定光束穿过弹性透光组件；当柔性按压层41按压弹性透光组件时，弹性透光组件发生形变并使第一预定光束发生会聚，使得第一光接收器52接收到的第一预定光束发生变化，用户根据该变化来判断第一直线凹槽111内是否有弹性透光组件被按压到；当柔性按压层41按压弹性透光组件时，弹性透光组件发生形变并使第二预定光束发生会聚，使得第二光接收器54接收到的第二预定光束发生变化，用户根据该变化来判断第二直线凹槽112内是否有弹性透光组件被按压到；当某个交汇空间15内弹性透光组件被按压时，与交汇空间15对应的第一直线凹槽111内第一预定光束发生变化，与交汇空间15对应的第二直线凹槽112内第二预定光束发生变化，用户根据第一直线凹槽111和第二直线凹槽112内光束变化即可判断是哪个交汇空间15内弹性透光组件被按压，从而判断出被按压的坐标位置。
另外，采用柔性按压层41通过挤压弹性透光组件(弹性透光组件包括箱体21、封盖22、弹性膜31、第一透光膜32、第二透光膜33、第三透光膜34，以及第四透光膜35)来实现，通过模具制备所需的柔性按压层41和弹性透光组件即可，制备简单；光束变化采用的是通过挤压柔性按压层41来实现，性能可靠稳定，也不容易受外部环境(比如扰动或电磁)的干扰。
在一个实施例中，交汇空间15的阵列为矩形排列的阵列。
在一个实施例中，现有技术中，随着各领域智能化水平的不断提高，在现代智能设备中经常需要用到触觉；为了提高触觉传感的灵敏性与准确性，需要能够判断触觉按压的位置，可是现有的触觉传感器判断按压位置不精确。在一个实施例中，本申请所要解决的技术问题还可以为：以解决现有技术中存在的触觉传感器判断按压位置不精确的技术问题。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，弹性透光组件包括：具有容置腔23的箱体21、封盖22、弹性膜31、第一透光膜32、第二透光膜33、第三透光膜34，以及第四透光膜35；箱体21上开设有与容置腔23连通的开口215，封盖22覆盖在开口215上；封盖22上开设有与容置腔23连通的第一通孔221，箱体21上开设有与容置腔23连通且位于第一预定光束上的第二通孔211，箱体21上开设有与容置腔23连通且位于第一预定光束上的第三通孔212，箱体21上开设有与容置腔23连通且位于第二预定光束上的第四通孔213，箱体21上开设有与容置腔23连通且位于第二预定光束上的第五通孔214；弹性膜31覆盖在第一通孔221上；第一透光膜32覆盖在第二通孔211上，第二透光膜33覆盖在第三通孔212上，第一透光膜32为弹性材料制成的一体件；第三透光膜34覆盖在第四通孔213上，第四透光膜35覆盖在第五通孔214上，第三透光膜34为弹性材料制成的一体件。如此，箱体21设置在柔性衬底层1上，箱体21上具有容置腔23，箱体21上开设有开口215，开口215上覆盖有封盖22以密封容置腔23；柔性衬底层1上设置第一直线凹槽111、第一光发射器51和第一光接收器52；第一光发射器51发射出的第一预定光束途径第一直线凹槽111后到达第一光接收器52；封盖22上开设有与容置腔23连通第一通孔221，箱体21上开设有与容置腔23连通第二通孔211，箱体21上开设有与容置腔23连通第三通孔212；第一通孔221上覆盖有弹性膜31，第二通孔211上覆盖有第一透光膜32，第三通孔212上覆盖有第二透光膜33，其中，第一透光膜32为弹性材料制成的一体件；使得用户如果按压弹性膜31，弹性膜31则会挤压容置腔23(此处，与容置腔23连通的第一通孔221被弹性膜31封住，与容置腔23连通的第二通孔211被第一透光膜32封住，与容置腔23连通的第三通孔212被第二透光膜33封住)，容置腔23内的气压或液压(在一个实施例中，容置腔23可以填充气体或液体)发生变化后会使具有弹性的第一透光膜32发生形变并向容置腔23外侧突出形成凸透镜状；由于第二通孔211和第三通孔212分别位于第一预定光束上，使得第一预定光束穿过覆盖第二通孔211的第一透光膜32和覆盖第三通孔212的第二透光膜33；当第一透光膜32发生形变时，穿过第一透光膜32的第一预定光束的状态会发生改变(改变可以是第一预定光束聚焦(请参阅图9中第一透光膜32向容置腔23外侧突出形成凸透镜状后，第一预定光束聚焦状态)或偏转)，发生改变后的第一预定光束到达第一光接收器52后，第一光接收器52所接收到的第一预定光束也会发生改变(比如由于第一预定光束发生聚焦或偏转，造成第一光接收器52接收到的第一预定光束光强减小或增大)，用户通过第一光接收器52所接收到第一预定光束的改变即可获知封盖22上的弹性膜31是否被按压；结构简单，性能可靠；另外，柔性衬底层1上设置第二直线凹槽112、第二光发射器53和第二光接收器54，第二光发射器53发射出的第二预定光束途径第二直线凹槽112后到达第二光接收器54；封盖22上开设有与容置腔23连通第一通孔221，箱体21上开设有与容置腔23连通第四通孔213，箱体21上开设有与容置腔23连通第五通孔214；第一通孔221上覆盖有弹性膜31，第四通孔213上覆盖有第三透光膜34，第五通孔214上覆盖有第四透光膜35，其中，第三透光膜34为弹性材料制成的一体件；使得用户如果按压弹性膜31，弹性膜31则会挤压容置腔23(此处，与容置腔23连通的第一通孔221被弹性膜31封住，与容置腔23连通的第四通孔213被第三透光膜34封住，与容置腔23连通的第五通孔214被第四透光膜35封住)，容置腔23内的气压或液压(在一个实施例中，容置腔23可以填充气体或液体)发生变化后会使具有弹性的第三透光膜34发生形变并向容置腔23外侧突出形成凸透镜状；由于第四通孔213和第五通孔214分别位于第二预定光束上，使得第二预定光束穿过覆盖第四通孔213的第三透光膜34和覆盖第五通孔214的第四透光膜35；当第三透光膜34发生形变时，穿过第三透光膜34的第二预定光束的状态会发生改变(改变可以是第二预定光束聚焦(请参阅图9中第三透光膜34向容置腔23外侧突出形成凸透镜状后，第二预定光束聚焦状态)或偏转)，发生改变后的第二预定光束到达第二光接收器54后，第二光接收器54所接收到的第二预定光束也会发生改变(比如由于第二预定光束发生聚焦或偏转，造成第二光接收器54接收到的第二预定光束光强减小或增大)，用户通过第二光接收器54所接收到第二预定光束的改变即可获知封盖22上的弹性膜31是否被按压；结构简单，性能可靠。
在一个实施例中，第一光发射器51发出的光束可以是可见光、红外光，或紫外光中任意一种。
在一个实施例中，第一光接收器52可以是光电二极管、光电三极管、光敏电阻或光感材料中任意一种。
在一个实施例中，第二光发射器53发出的光束可以是可见光、红外光，或紫外光中任意一种。
在一个实施例中，第二光接收器54可以是光电二极管、光电三极管、光敏电阻或光感材料中任意一种。
在一个实施例中，箱体21采用柔性材料制成。
在一个实施例中，封盖22采用柔性材料制成。
在一个实施例中，第二通孔211为圆孔。如此，覆盖在第二通孔211上的第一透光膜32，往容置腔23外侧突出时容易形成球面的凸透镜状。
在一个实施例中，第三通孔212为矩形孔。如此，便于第一预定光束发生聚焦或偏转后能够在矩形孔的长宽方向调节。
在一个实施例中，第四通孔213为圆孔。如此，覆盖在第二通孔211上的第一透光膜32，往容置腔23外侧突出时容易形成球面的凸透镜状。
在一个实施例中，第五通孔214为矩形孔。如此，便于第二预定光束发生聚焦或偏转后能够在矩形孔的长宽方向调节。
在一个实施例中，弹性膜31贴设在封盖22的内侧表面上。如此，减少外部对弹性膜31的干扰。
在一个实施例中，第一透光膜32贴设在容置腔23的内侧表面上。如此，减少外部对第一透光膜32的干扰。
在一个实施例中，第二透光膜33贴设在容置腔23的内侧表面上。如此，减少外部对第二透光膜33的干扰。
在一个实施例中，第三透光膜34贴设在容置腔23的内侧表面上。如此，减少外部对第二透光膜33的干扰。
在一个实施例中，第四透光膜35贴设在容置腔23的内侧表面上。如此，减少外部对第二透光膜33的干扰。
在一个实施例中，第一透光膜32为聚二甲基硅氧烷弹性薄膜。如此，透光性能好，容易形变。
在一个实施例中，第二透光膜33为聚氯乙烯树脂薄片。如此，透光性能好，刚性好，不容易形变。
在一个实施例中，第三透光膜34为聚二甲基硅氧烷弹性薄膜。如此，透光性能好，容易形变。
在一个实施例中，第四透光膜35为聚氯乙烯树脂薄片。如此，透光性能好，刚性好，不容易形变。
在一个实施例中，第一直线凹槽111与第二直线凹槽112之间交汇形成多个十字型的交汇空间15，箱体21外表面的横截面呈十字型，且箱体21卡设在交汇空间15内。
在一个实施例中，柔性衬底层1上设置有第一安装孔13，第一安装孔13与直线凹槽连通，第一光发射器51安装在第一安装孔13内。如此，安装第一光发射器51非常方便。在一个实施例中，第一光发射器51的安装方式与第二光发射器53的安装方式相同。
在一个实施例中，柔性衬底层1上设置有第二安装孔14，第二安装孔14与直线凹槽连通，第二光接收器54安装在第二安装孔14内。如此，安装第二光接收器54非常方便。在一个实施例中，第一光接收器52的安装方式与第二光接收器54的安装方式相同。
在一个实施例中，柔性按压层41为第一柔弹性材料制成。第一柔弹性材料包括但不限于：硅胶(Silicone Rubber)或热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplasticpolyurethanes)。
在一个实施例中，柔性变焦透镜模块(在一个实施例中，柔性变焦透镜模块包括箱体21、封盖22、弹性膜31、第一透光膜32，以及第二透光膜33)为第二柔弹性材料制成。第二柔弹性材料包括但不限于：硅胶(Silicone Rubber)或热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplastic polyurethanes)。
在一个实施例中，柔性衬底层1为第三柔弹性材料制成。第三柔弹性材料包括但不限于：硅胶(Silicone Rubber)或热塑性聚氨酯弹性体橡胶(Thermoplasticpolyurethanes)。
在一个实施例中，弹性膜31为第一高透光率弹性薄膜。在一个实施例中，第一高透光率弹性薄膜包括但不限于：聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane)弹性薄膜或聚丙烯酸酯(Polyacrylate)薄膜。在一个实施例中，弹性膜31采用透光材料制成的薄膜，避免弹性膜31发生形变的过程中，假如出现预定光束遇到弹性膜31的情况，减少弹性膜31对预定光束的影响。
在一个实施例中，第一透光膜32为第二高透光率弹性薄膜。在一个实施例中，第二高透光率弹性薄膜包括但不限于：聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane)弹性薄膜或聚丙烯酸酯(Polyacrylate)薄膜。
在一个实施例中，第二透光膜33为刚性高透射率薄片，起到透光和支撑作用，在一个实施例中，刚性高透射率薄片包括但不限于：有机玻璃(Polymeric MethylMethacrylate)或聚氯乙烯树脂(Polyvinyl chloride)。
在一个实施例中，第三透光膜34为第二高透光率弹性薄膜。在一个实施例中，第二高透光率弹性薄膜包括但不限于：聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane)弹性薄膜或聚丙烯酸酯(Polyacrylate)薄膜。
在一个实施例中，第四透光膜35为刚性高透射率薄片，起到透光和支撑作用，在一个实施例中，刚性高透射率薄片包括但不限于：有机玻璃(Polymeric MethylMethacrylate)或聚氯乙烯树脂(Polyvinyl chloride)。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，容置腔23相对两侧壁分别向外凸设形成第一凸台和第二凸台，第一凸台卡设在交汇区一侧的第一直线凹槽111内，第二凸台卡设在交汇区另一侧的第一直线凹槽111内；容置腔23相对两侧壁分别向外凸设形成第三凸台和第四凸台，第三凸台卡设在交汇区一侧的第二直线凹槽112内，第四凸台卡设在交汇区另一侧的第二直线凹槽112内。如此，第一凸台和第二凸台卡设在第一直线凹槽111内，第三凸台和第四凸台卡设在第二直线凹槽112内，避免在使用过程中，容置腔23发生移动。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，还包括：设置在柔性按压层41上的凸起部42；凸起部42插设在第一通孔221内。如此，用户挤压柔性按压层41即可推动位于柔性按压层41上的凸起部42移动，插设在第一通孔221内的凸起部42移动后即可推动覆盖第一通孔221的弹性膜31发生形变以挤压容置腔23内空间。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，容置腔23内填充有可供光束(包括第一预定光束和第二预定光束)穿过的预定液体。如此，预定液体填充在容置腔23内，使得弹性膜31被按压时，由于预定液体难以被压缩，因此被挤压的预定液体很容易推动第一透光膜32并引起第一透光膜32发生形变(比如第一透光膜32朝容置腔23外侧凸起)；另外，使得弹性膜31被按压时，由于预定液体难以被压缩，因此被挤压的预定液体很容易推动第三透光膜34并引起第三透光膜34发生形变(比如第三透光膜34朝容置腔23外侧凸起)；另，预定液体可以供光束穿过，避免预定液体阻挡了光束。
在一个实施例中，预定液体为水或硅油。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，各第一直线凹槽111分别平行设置，各第二直线凹槽112分别平行设置。如此，第一直线凹槽111之间的柔性衬底层1受到挤压时受力更加均匀。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，各第一直线凹槽111分别与各第二直线凹槽112相互垂直设置。如此，便于各第一直线凹槽111分别与各第二直线凹槽112相互交汇形成矩阵排列的交汇空间15。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，第一直线凹槽111与第二直线凹槽112的宽度相同。如此，第一直线凹槽111和第二直线凹槽112在受力情况下形变能够保持一致。
在一个实施例中，第二透光膜33为刚性膜(此处，“刚性膜”的“刚”是相对于第一透光膜32的柔软度；假定第一透光膜32的硬度为第一硬度，第二透光膜33的硬度为第二硬度，第二硬度大于第一硬度)。如此，避免弹性膜31挤压容置腔23内空间时引起第二透光膜33发生过大形变。
在一个实施例中，第四透光膜35为刚性膜(此处，“刚性膜”的“刚”是相对于第三透光膜34的柔软度；假定第三透光膜34的硬度为第一硬度，第四透光膜35的硬度为第二硬度，第二硬度大于第一硬度)。如此，避免弹性膜31挤压容置腔23内空间时引起第四透光膜35发生过大形变。
在一个实施例中，柔性按压层41上设置有定位柱43，柔性衬底层1上设置有定位孔12。如此，定位柱43插设在定位孔12内即可将柔性按压层41更牢固固定在柔性衬底层1上。
在一个实施例中，凸起部42、箱体21、弹性膜31、第一透光膜32，以及第二透光膜33的数量分别为多个；多个凸起部42、多个箱体21、多个弹性膜31、多个第一透光膜32，以及多个第二透光膜33分别一一对应；多个凸起部42呈矩阵排列。如此，多个凸起部42可以形成一个阵列，便于用户与不同的凸起部42接触时都可以改变第一预定光束的状态。
在一个实施例中，凸起部42、箱体21、弹性膜31、第三透光膜34，以及第四透光膜35的数量分别为多个；多个凸起部42、多个箱体21、多个弹性膜31、多个第三透光膜34，以及多个第四透光膜35分别一一对应；多个凸起部42呈矩阵排列。如此，多个凸起部42可以形成一个阵列，便于用户与不同的凸起部42接触时都可以改变第二预定光束的状态。
在一个实施例中，柔性按压层41和柔性衬底层1分别覆盖有遮光层。如此，避免外部光线对柔性按压层41和柔性衬底层1之间的预定光束发生干扰。
在一个实施例中，遮光层为涂布的遮光材料。在一个实施例中，遮光层为黑色。
请参阅图1至图9，本发明还提供了一种阵列式触觉传感器的制造方法，包括：
S1：预备柔性衬底层1；在所述柔性衬底层1上形成多条第一直线凹槽111和多条第二直线凹槽112；各所述第一直线凹槽111分别与多个所述第二直线凹槽112交汇形成交汇空间15；S2：预备第一光发射器51、第一光接收器52、第二光发射器53，以及第二光接收器54；所述第一光发射器51发射的第一预定光束沿第一直线凹槽111传播并到达第一光接收器52；所述第二光发射器53发射的第二预定光束沿第二直线凹槽112传播并到达第二光接收器54；各所述第一直线凹槽111分别与多个所述第二直线凹槽112交汇形成交汇空间15；多个所述第一直线凹槽111、多个所述第一光发射器51，以及多个所述第一光接收器52分别一一对应；多个所述第二直线凹槽112、多个所述第二光发射器53，以及多个所述第二光接收器54分别一一对应；S3：预备柔性按压层41和弹性透光组件；在各交汇空间15内分别设置弹性透光组件，将柔性按压层41覆盖各第一直线凹槽111和各第二直线凹槽112；其中，当所述柔性按压层41在外力作用下朝所述柔性衬底层1按压弹性透光组件时，经过所述弹性透光组件的第一预定光束发生会聚，经过所述弹性透光组件的第二预定光束发生会聚。
如此，第一光发射器51发射第一预定光束并沿第一直线凹槽111传播，沿第一直线凹槽111传播的第一预定光束到达第一光接收器52后接收；第二光发射器53发射第二预定光束并沿第二直线凹槽112传播，沿第二直线凹槽112传播的第二预定光束到达第二光接收器54后接收；第一直线凹槽111、第一光发射器51，以及第一光接收器52分别为多个；多个第一直线凹槽111、多个第一光发射器51，以及多个第一光接收器52分别一一对应；第二直线凹槽112、第二光发射器53，以及第二光接收器54分别为多个；多个第二直线凹槽112、多个第二光发射器53，以及多个第二光接收器54分别一一对应；每个第一直线凹槽111分别与多个第二直线凹槽112交汇形成交汇空间15，多个第一直线凹槽111和多个第二直线凹槽112相互交汇形成交汇空间15的阵列；每个交汇空间15内分别设置有弹性透光组件，第一预定光束穿过弹性透光组件，第二预定光束穿过弹性透光组件；当柔性按压层41按压弹性透光组件时，弹性透光组件发生形变并使第一预定光束发生会聚，使得第一光接收器52接收到的第一预定光束发生变化，用户根据该变化来判断第一直线凹槽111内是否有弹性透光组件被按压到；当柔性按压层41按压弹性透光组件时，弹性透光组件发生形变并使第二预定光束发生会聚，使得第二光接收器54接收到的第二预定光束发生变化，用户根据该变化来判断第二直线凹槽112内是否有弹性透光组件被按压到；当某个交汇空间15内弹性透光组件被按压时，与交汇空间15对应的第一直线凹槽111内第一预定光束发生变化，与交汇空间15对应的第二直线凹槽112内第二预定光束发生变化，用户根据第一直线凹槽111和第二直线凹槽112内光束变化即可判断是哪个交汇空间15内弹性透光组件被按压，从而判断出被按压的坐标位置。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，各所述第一直线凹槽111分别平行设置，各所述第二直线凹槽112分别平行设置；各所述第一直线凹槽111分别与各所述第二直线凹槽112相互垂直设置。
在一个实施例中，S01：分别设计、制作的柔性按压层41、柔性变焦透镜模块(在一个实施例中，柔性变焦透镜模块包括箱体21、封盖22、弹性膜31、第一透光膜32、第二透光膜33、第三透光膜34，以及第四透光膜35)以及柔性衬底层1所需模具；S02：将液态柔弹性材料(在一个实施例中，液态柔弹性材料选用液态硅胶，且需要说明的是，根据不同功能层的功能特点，其所采用的液态硅胶硬度亦有所不同，其中柔性按压层41以及柔性衬底层1采用低硬度液态硅胶(在一个实施例中，硅胶采用Smooth-on Ecoflex型硅胶))，柔性变焦透镜模块的箱体21采用高硬度液态硅胶(本实施例为Smooth-on Ecoflex，常用液态硅胶型号)(此处需要说明的是，高硬度液态硅胶和低硬度液态硅胶中的“高”和“低”，只是用于描述“高硬度液态硅胶”和“低硬度液态硅胶”之间硬度的对比；比如，高硬度液态硅胶的硬度为第一硬度，低硬度液态硅胶的硬度为第二硬度，第一硬度大于第二硬度；如此，柔性衬底层1相对柔性变焦透镜模块更难形变，避免柔性衬底层1型变量过大影响柔性变焦透镜模块的稳定性)倒入所制作的模具中，通过脱泡(脱泡：去掉气泡，避免气泡影响硅胶弹性，和避免气泡影响硅胶朝不同方向形变的一致性)及加热固化(其中，加热过程中增强硅胶流动性，便于成型；固化后即可获得所需形状)处理，待其完全固化后，脱模得到的柔性按压层41、柔性变焦透镜模块以及柔性衬底层1的本体；S03：将弹性膜31贴设在封盖22的内表面上并封住第一通孔221，将第一透光膜32(在一个实施例中，第一透光膜32和第三透光膜34的生产安装方式相同。在一个实施例中，第二透光膜33和第四透光膜35的生产安装方式相同)贴设在容置腔23内壁上并封住第二通孔211，将第二透光膜33贴设在容置腔23内壁上并封住第三通孔212(在一个实施例中，弹性膜31为聚二甲基硅氧烷弹性薄膜。在一个实施例中，第一透光膜32为聚二甲基硅氧烷弹性薄膜。在一个实施例中，第二透光膜33为聚氯乙烯树脂薄片)；最后，将高透射率溶液(此处，高透射率中的“高”是至大于水折射率)填充到柔性容腔中，然后将其与封盖22胶接密封(本实施例中采用硅胶粘接剂进行胶接)箱体21，进而得到的柔性变焦透镜模块(在一个实施例中，基于步骤S03，根据传感器触点数量需求，进而制备相应数量的柔性变焦透镜模块)；S04：将全遮光材料(比如黑色涂料或油漆)分别覆盖于的柔性按压层41和柔性衬底层1的内外表面；S05：将制备所得的柔性变焦透镜模块依次嵌入放置于柔性衬底层1上表面的阵列式安装凹槽中，然后同样利用硅胶粘接剂将各柔性变焦透镜模块其与凹槽内壁进行胶接固联；S06：将对应数量的第一光发射器51(在一个实施例中，第二光发射器53的结构和安装方式与第一光发射器51相同。在一个实施例中，第二光接收器54的结构和安装方式与第一光接收器52相同。)和第一光接收器52依次嵌入到柔性衬底层1侧表面所开的第一光发射器51和第一光接收器52的安装孔中；其中，第一光发射器51对箱体21上第二通孔211(在一个实施例中，第二通孔211为圆形)中心进行放置，第一光接收器52对箱体21上第三通孔212(在一个实施例中，第三通孔212为矩形)中心进行放置；S07：将的柔性按压层41下表面的定位柱43插入的柔性衬底层1上表面的定位孔12中，直至柔性按压层41下表面与柔性衬底层1上表面完全贴合；然后，利用硅胶粘接剂对其进行胶接，进而得到本发明所提出的阵列式触觉传感器。
进一步地，请参阅图1至图9，作为本发明提供的阵列式触觉传感器的一种具体实施方式，在容置腔23内填充可供光束穿过的预定液体。如此，预定液体填充在容置腔23内，使得弹性膜31被按压时，由于预定液体难以被压缩，因此被挤压的预定液体很容易推动第一透光膜32并引起第一透光膜32发生形变(比如第一透光膜32朝容置腔23外侧凸起)；被挤压的预定液体很容易推动第三透光膜34并引起第三透光膜34发生形变(比如第三透光膜34朝容置腔23外侧凸起)；另外，预定液体可以供预定光束穿过，避免预定液体阻挡了预定光束。
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 (9)
1.阵列式触觉传感器，其特征在于，包括：具有多条第一直线凹槽和多条第二直线凹槽的柔性衬底层、盖设在所述柔性衬底层上并覆盖所述第一直线凹槽和所述第二直线凹槽的柔性按压层、多个分别沿所述第一直线凹槽发射第一预定光束的第一光发射器、多个分别用于接收所述第一光发射器发出光束的第一光接收器、多个分别朝所述第二直线凹槽内发射第二预定光束的第二光发射器，以及多个分别用于接收所述第二光发射器发出光束的第二光接收器；各所述第一直线凹槽分别与多个所述第二直线凹槽交汇形成交汇空间的阵列；多个所述第一直线凹槽、多个所述第一光发射器，以及多个所述第一光接收器分别一一对应；多个所述第二直线凹槽、多个所述第二光发射器，以及多个所述第二光接收器分别一一对应；
各所述交汇空间内分别设置有弹性透光组件；当所述柔性按压层在外力作用下朝所述柔性衬底层按压所述弹性透光组件时，经过所述弹性透光组件的第一预定光束发生会聚，经过所述弹性透光组件的第二预定光束发生会聚；
所述弹性透光组件包括：具有容置腔的箱体、封盖、弹性膜、第一透光膜、第二透光膜、第三透光膜，以及第四透光膜；所述箱体上开设有与所述容置腔连通的开口，所述封盖覆盖在所述开口上；所述封盖上开设有与所述容置腔连通的第一通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第一预定光束上的第二通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第一预定光束上的第三通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第二预定光束上的第四通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第二预定光束上的第五通孔；所述弹性膜覆盖在所述第一通孔上；所述第一透光膜覆盖在所述第二通孔上，所述第二透光膜覆盖在所述第三通孔上，所述第一透光膜为弹性材料制成的一体件；所述第三透光膜覆盖在所述第四通孔上，所述第四透光膜覆盖在所述第五通孔上，所述第三透光膜为弹性材料制成的一体件。
2.如权利要求1所述的阵列式触觉传感器，其特征在于，所述容置腔相对两侧壁分别向外凸设形成第一凸台和第二凸台，所述第一凸台卡设在所述交汇空间一侧的所述第一直线凹槽内，所述第二凸台卡设在所述交汇空间另一侧的所述第一直线凹槽内；所述容置腔相对两侧壁分别向外凸设形成第三凸台和第四凸台，所述第三凸台卡设在所述交汇空间一侧的所述第二直线凹槽内，所述第四凸台卡设在所述交汇空间另一侧的所述第二直线凹槽内。
3.如权利要求1所述的阵列式触觉传感器，其特征在于，还包括：设置在所述柔性按压层上的凸起部；所述凸起部插设在所述第一通孔内。
4.如权利要求1所述的阵列式触觉传感器，其特征在于，所述容置腔内填充有可供光束穿过的预定液体。
5.如权利要求1所述的阵列式触觉传感器，其特征在于，各所述第一直线凹槽分别平行设置，各所述第二直线凹槽分别平行设置。
6.如权利要求5所述的阵列式触觉传感器，其特征在于，各所述第一直线凹槽分别与各所述第二直线凹槽相互垂直设置。
7.如权利要求1所述的阵列式触觉传感器，其特征在于，所述第一直线凹槽与所述第二直线凹槽的宽度相同。
8.阵列式触觉传感器的制造方法，其特征在于，包括：
S1：预备柔性衬底层；在所述柔性衬底层上形成多条第一直线凹槽和多条第二直线凹槽；各所述第一直线凹槽分别与多个所述第二直线凹槽交汇形成交汇空间的阵列；
S2：预备第一光发射器、第一光接收器、第二光发射器，以及第二光接收器；所述第一光发射器发射的第一预定光束沿第一直线凹槽传播并到达第一光接收器；所述第二光发射器发射的第二预定光束沿第二直线凹槽传播并到达第二光接收器；多个所述第一直线凹槽、多个所述第一光发射器，以及多个所述第一光接收器分别一一对应；多个所述第二直线凹槽、多个所述第二光发射器，以及多个所述第二光接收器分别一一对应；
S3：预备柔性按压层和弹性透光组件；在各交汇空间内分别设置弹性透光组件，将柔性按压层覆盖各第一直线凹槽和各第二直线凹槽；其中，当所述柔性按压层在外力作用下朝所述柔性衬底层按压所述弹性透光组件时，经过所述弹性透光组件的第一预定光束发生会聚，经过所述弹性透光组件的第二预定光束发生会聚；
其中，所述弹性透光组件包括：具有容置腔的箱体、封盖、弹性膜、第一透光膜、第二透光膜、第三透光膜，以及第四透光膜；所述箱体上开设有与所述容置腔连通的开口，所述封盖覆盖在所述开口上；所述封盖上开设有与所述容置腔连通的第一通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第一预定光束上的第二通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第一预定光束上的第三通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第二预定光束上的第四通孔，所述箱体上开设有与所述容置腔连通且位于所述第二预定光束上的第五通孔；所述弹性膜覆盖在所述第一通孔上；所述第一透光膜覆盖在所述第二通孔上，所述第二透光膜覆盖在所述第三通孔上，所述第一透光膜为弹性材料制成的一体件；所述第三透光膜覆盖在所述第四通孔上，所述第四透光膜覆盖在所述第五通孔上，所述第三透光膜为弹性材料制成的一体件。
9.如权利要求8所述的阵列式触觉传感器的制造方法，其特征在于，各所述第一直线凹槽分别平行设置，各所述第二直线凹槽分别平行设置；各所述第一直线凹槽分别与各所述第二直线凹槽相互垂直设置。
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