CN115112272A - 一种柔性力传感器、柔性力/磁场复合传感器及机器人 - Google Patents

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杨诚修
潘孟春
吴少伟
邱伟成
李裴森
彭俊平
杜青法
胡悦国
张琦
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Abstract

本发明公开了一种柔性力传感器、柔性力/磁场复合传感器及机器人，本发明柔性力传感器的柔性外壳内设有离电压力电容器和柔性绝缘层，离电压力电容器的数量为两个，柔性绝缘层夹持布置于两个离电压力电容器之间，两个离电压力电容器两者构成差分电容，当两个离电压力电容器压力平衡时差分电容输出零电容差值，当两个离电压力电容器压力不平衡时差分电容输出为正值或负值的非零电容差值，非零电容差值以正值或负值表示压力的方向；柔性力/磁场复合传感器包括前述柔性力传感器和TMR磁敏感单元；机器人包括前述传感器。本发明具有响应速度快、灵敏度高、线性度高的优点，可实现压力的大小、方向检测，可广泛应用于机器人或生物载体的触觉交互。

Description

一种柔性力传感器、柔性力/磁场复合传感器及机器人
技术领域
本发明涉及机器人或生物载体触觉应用技术，具体涉及一种柔性力传感器、柔性力/磁场复合传感器及机器人。
背景技术
近年来，柔性力传感器受到了广泛关注，并在医疗监测、可穿戴电子、人机交互等领域展现出广阔的应用前景。柔性力传感器可以分为压阻、电容、压电、摩擦电四种主要体制，其中电阻式柔性力传感器受活性层材料导电路径破坏-重构机制的影响，响应速度较慢，且目前电阻式的高灵敏度一般在低压力区间。电容式柔性压力传感器相对于电阻式制造工艺简单，功耗低，在kHz频谱内测得的单位面积电容值在数十至数百pF/cm2之间，容易受到寄生电容的影响，信噪比较低，极大地影响了传感器精度，且整体工作范围内线性区间分段。压电和摩擦电体制通过合理设计后具备自供能的优势，且响应时间较快，但普遍存在稳定性的问题，长期应用于可能会出现测量信号漂移的现象。李儒雅等人基于离子膜设计了一种新型的电容式柔性压力传感器，通过双电层电容(EDL)效应，将界面电容值提升至数μF/cm2，抑制了寄生电容的影响，提高了器件灵敏度，但是仍然存在线性度和工作范围较低的问题。
集成力和磁信号感知功能的复合柔性传感器能够结合触觉和非接触交互模式，德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心的Jin Ge等人通过集成柔性衬底GMR和PDMS压阻元件构成能够同时感应压力和磁场信号的复合柔性传感器[A Ge,Jin,et al,A bimodalsoft electronic skin for tactile and touchless interaction in real time,Nature communications,10.1,pp.1-10,2019]，由于GMR相对于TMR传感器磁阻变化率较低，导致灵敏度及磁场分辨率不高，此外受PDMS 电阻敏感材料灵敏度较低、响应较慢的问题，目前仅能应用在显示屏非接触/接触式交互上。中国科技大学Jiaqi Xu等人[Flexible,self-powered,magnetism/pressure dual-mode sensor based on magnetorheologicalplastomer,Composites Science and Technology,183,107820,2019]，澳门大学QianZhou等人[Tilted magnetic micropillars enabled dual-mode sensor for tactile/touchless perceptions,Nano Energy,78,105382,2020]分别提出了基于压阻敏感元件和磁流变体的柔性力/磁复合传感器，但该种复合传感器磁场分辨率仅为mT量级，且压力灵敏度较低、线性度较差，仅仅能够用于手写字母判读、非接触式盲文磁场识别。
综上所述，目前的柔性力/磁复合传感器受限于压力响应慢、灵敏度较低、线性度差；磁传感器磁场分辨率低，很难应用于高灵敏力/磁信号探测。因此急需设计出一种高灵敏柔性力 /磁复合传感器，能够应用于更多复杂场景，例如人机交互界面中的复杂操作(脉冲传感、语音识别、手指触摸、压力映射和动态跟踪)；应用于无菌环境下进行非接触式外科手术；贴附于小鼠、鱼类等生物体表面实现周围目标动态压力和空间磁场探测；此外还可以集成在机器人表面，支持其感知外界力/磁信号，用于探测或自身运动状态监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种柔性力传感器、柔性力/ 磁场复合传感器及机器人，本发明的柔性力传感器旨在解决传统柔性力传感器响应慢、灵敏度和线性度低的问题，具有响应速度快、灵敏度高、线性度高的优点，不仅可以实现压力的大小检测，还可以实现对压力方向的检测，可广泛应用于接触式人机交互的压力探测；本发明的柔性力/磁场复合传感器目的是在上述响应速度快、灵敏度高、线性度高的柔性力传感器的基础上，进一步集成磁场功能，磁场检测具有高灵敏度和磁场分辨力的优点，不仅可以实现接触式人机交互的压力探测，还可以实现非接触式人机交互的磁场检测，使得人机交互可具备更多维度；本发明的机器人包括机器人本体和安装在机器人本体上的交互传感器，交互传感器为前述的柔性力传感器或者柔性力/磁场复合传感器，从而可实现基于压力的触觉交互操作，以及可选的基于磁场的非接触交互操作，可用于机器人、增强现实、生物感知扩展和医疗领域中。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种柔性力传感器，包括柔性外壳，所述柔性外壳内设有离电压力电容器和柔性绝缘层，所述离电压力电容器的数量为两个，所述柔性绝缘层夹持布置于两个离电压力电容器之间，所述两个离电压力电容器两者构成差分电容，当两个离电压力电容器压力平衡时差分电容输出零电容差值，当两个离电压力电容器压力不平衡时差分电容输出为正值或负值的非零电容差值，且非零电容差值以正值或负值表示压力的方向。
可选地，所述离电压力电容器包括一对相对布置的柔性衬底，所述柔性衬底内侧均设有柔性电极，且两个柔性电极之间夹持布置有柔性带孔间隔层和离子材料层介质层；位于柔性带孔间隔层两侧的离子材料层介质层与柔性电极两者中，至少其中一方位于朝向两者中另一方的面上设有尖状凸起。
可选地，所述柔性电极采用的电极材料为Ti3C2TX或CoV2O6。
可选地，所述柔性外壳的底部还设有柔性基底，所述柔性外壳与柔性基底之间相互连接或者为一体式制备。
可选地，所述柔性基底中设有相互连接的差分电容检测电路和微控制单元，所述两个离电压力电容器的输出端与差分电容检测电路的输入端相连。
本发明提供一种柔性力/磁场复合传感器，包括前述的柔性力传感器，所述柔性基底中还设有用于实现磁场检测的TMR磁敏感单元。
可选地，所述TMR磁敏感单元包括顶电极和磁敏感柔性基底，所述磁敏感柔性基底的内部嵌设有TMR磁电阻结构，所述磁敏感柔性基底上设有贯穿的引线孔，所述TMR磁电阻结构通过插设于引线孔中的引线与顶电极电连接。
可选地，所述TMR磁电阻结构包括依次层叠布置的覆盖层、导电缓冲层、铁磁层、势垒层、反铁磁层以及人工合成反铁磁层，且所述覆盖层通过插设于引线孔中的引线与顶电极电连接。
可选地，所述柔性基底中还设有磁电阻检测电路，所述TMR磁敏感单元的输出端与磁电阻检测电路的输入端相连，所述磁电阻检测电路的输出端与微控制单元的输入端相连。
本发明提供一种机器人，包括机器人本体和安装在机器人本体上的交互传感器，所述交互传感器为前述的柔性力传感器或者柔性力/磁场复合传感器。
和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：
本发明的柔性力传感器旨在解决传统柔性力传感器响应慢、灵敏度和线性度低的问题，具有响应速度快、灵敏度高、线性度高的优点，不仅可以实现压力的大小检测，还可以实现对压力方向的检测，可广泛应用于接触式人机交互的压力探测。
本发明的柔性力/磁场复合传感器目的是在上述响应速度快、灵敏度高、线性度高的柔性力传感器的基础上，进一步集成磁场功能，磁场检测具有高灵敏度和磁场分辨力的优点，不仅可以实现接触式人机交互的压力探测，还可以实现非接触式人机交互的磁场检测，使得人机交互可具备更多维度。
本发明的机器人包括机器人本体和安装在机器人本体上的交互传感器，交互传感器为前述的柔性力传感器或者柔性力/磁场复合传感器，从而可实现基于压力的触觉交互操作，以及可选的基于磁场的非接触交互操作，可用于机器人、增强现实、生物感知扩展和医疗领域中，具有应用前景广泛的优点。
附图说明
图1为本发明实施例一的柔性力传感器剖视结构示意图。
图2为本发明实施例一的差分电容输出零电容差值的时的结构示意图。
图3为本发明实施例一的差分电容输出非零电容差值的时的结构示意图。
图4为本发明实施例一的离电压力电容器在不受力状态的结构示意图。
图5为本发明实施例一的离电压力电容器在受力状态的结构示意图。
图6为本发明实施例二带柔性基底的柔性力传感器的原理结构示意图。
图7为本发明实施例二带柔性基底的柔性力传感器的剖视结构示意图。
图8为本发明实施例三的柔性力/磁场复合传感器的原理结构示意图。
图9为本发明实施例三中TMR磁敏感单元的剖视结构示意图。
图例说明：1、柔性外壳；2、离电压力电容器；21、柔性衬底；22、柔性电极；23、之间夹持布置有柔性带孔间隔层；24、离子材料层介质层；3、柔性绝缘层；4、柔性基底；41、差分电容检测电路；42、微控制单元；43、磁电阻检测电路；5、TMR磁敏感单元；51、顶电极；52、磁敏感柔性基底；53、引线孔；54、覆盖层；55、导电缓冲层；56、铁磁层；57、势垒层；58、反铁磁层；59、人工合成反铁磁层。
具体实施方式
实施例一：
如图1、图2和图3所示，本实施例提供一种柔性力传感器，包括柔性外壳1，柔性外壳 1内设有离电压力电容器2和柔性绝缘层3，离电压力电容器2的数量为两个，柔性绝缘层3 夹持布置于两个离电压力电容器2之间(层叠布置形成三明治结构)，两个离电压力电容器2 两者构成差分电容，当两个离电压力电容器2压力平衡时差分电容输出零电容差值，当两个离电压力电容器2压力不平衡时差分电容输出为正值或负值的非零电容差值，且非零电容差值以正值或负值表示压力的方向。假设右侧电容器为“+”通道(C+)，左侧电容器为“-”通道 (C-)，最终电容值根据“+”和“-”两通道之间差值计算，当左右压力平衡时输出零电容差值：如图2所示，当两个离电压力电容器2压力平衡时，左侧的离电压力电容器2输出电容C-大小为C0,右侧的离电压力电容器2输出电容C+大小为C0，其中C0为初始电容值，因此差分电容输出电容差值为0(零电容差值)；如图3所示，当柔性外壳1受箭头所示的压力向左侧弯曲时，左侧的离电压力电容器2受到压缩，电极与离子材料正对面积减少，输出电容C-小于C0,右侧的离电压力电容器2受到拉伸，电极与离子材料正对面积增大，输出电容C+大于C0。反之亦然，因此根据差分电容输出电容差值不等于0，且为正值或负值，据此可通过差分电容原理解算出压力的方向和大小。例如，现有技术[Wissman,et al.Capacitive bio-inspired flow sensing cupula,Sensors,19.11,pp.2639,2019]描述了一种可行的解算方法。
如图4和图5所示，本实施例中的离电压力电容器2包括一对相对布置的柔性衬底21，柔性衬底21内侧均设有柔性电极22，且两个柔性电极22之间夹持布置有柔性带孔间隔层23 和离子材料层介质层24；位于柔性带孔间隔层23两侧的离子材料层介质层24与柔性电极22 两者中，至少其中一方位于朝向两者中另一方的面上设有尖状凸起(图中仅为离子材料层介质层24朝向柔性电极22的面上设有尖状凸起的示例)。离电压力电容器2可利用电极表面发生的快速法拉第反应产生超大单位面积电容，也可以利用EDL效应中离子被电解质和电极之间的电层吸附现象，提高界面电容值，最终提升灵敏度。如图4所示，未受到压力作用时，由于柔性带孔间隔层23的阻隔，离子材料层介质层24不与柔性电极22直接接触，此时的离子材料层介质层24包括空气和离子材料，此时为普通平行板电容器，在kHz频谱内测得的单位面积电容值在数十至数百pF/cm2之间。如图5所示，当外界压力(图5中箭头为压力方向)作用在离电压力电容器2上时，会导致离子材料层介质层24不与柔性电极22之间构成的电极-介质层发生离子迁移和电子感应造成电容值变化，具体表现为柔性电极22与透过柔性带孔间隔层23的孔径离子材料接触，在柔性电极22表面形成紧密电荷层，发生离子和电子的纳米跨界行为，即双电层电容(EDL)效应，在kHz频谱以内有数μF/cm2的超大单位面积电容值。离电压力电容器2的EDL电容(双电层电容)或赝电容取决于离子材料层介质层24的离子材料与柔性电极22的电极之间的面积，接触面积越大，电容值越高。接触面积与外部压力大小有关。由于在大压力下，离子材料会因为硬化效应导致屈曲程度下降，影响压力作用后端的线性度，因此在本实施例中，设置柔性带孔间隔层23以及电极或电解质层微结构(位于柔性带孔间隔层23两侧的离子材料层介质层24与柔性电极22两者中，至少其中一方位于朝向两者中另一方的面上设有尖状凸起)，控制离子材料与电极的接触，保证在压力作用后端离子材料仍有屈曲空间，提高整体线性度。由于离子材料层介质层24的离子材料与柔性电极22的电极的界面发生纳米跨界行为，相较于传统平行板电容器，具有极快的响应时间。因此，离电压力电容器2具有极高的单位面积电容，可以有效抑制寄生电容的影响，表现出极大的灵敏度和信噪比，使用柔性带孔间隔层23，保证了离电压力电容器具有较高的线性度，界面纳米跨界行为缩短了响应时间。上述特性将赋予离电式力传感器2灵敏度高、线性度高、响应时间快、可同时检测静态与动态压力、抗干扰能力强等优点。
柔性电极22采用的电极材料优选为Ti3C2TX或CoV2O6。当电极选择Ti3C2TX、CoV2O6等材料时，由于电极的嵌入-脱出机制，产生赝电容效应。经实验表明，在kHz频谱以内有数十μF/cm2的超大单位面积电容值，电极与含有离子的材料界面会产生氧化还原反应。例如，当电极材料为Ti3C2TX，化学式中TX为刻蚀处理引入的表面官能团，如O、F、OH等。离子材料层介质层24的电解质为酸性溶液(如H2SO4)，则其氧化还原反应式为：
Figure RE-RE-GDA0003768682260000051
上式中，e-是负电子，δ是参与电化学反应的电子数，参数x,y＝0,1,2。
本实施例中，柔性外壳1为顶部为球头的圆柱体结构。柔性外壳1可采用柔性硅胶及硅橡胶(PDMS)类软材料封装，具有绝缘防水功能，可用特殊环境中，如使用在水下或体内。
柔性衬底21和柔性带孔间隔层23所采用的柔性材料可选用PDMS、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、双面胶、塑料以及SU-8胶等。
柔性电极22可选用的材料包括金属电极材料，如金、银、铜、铝、液态金属等、纳米材料(纳米颗粒和纳米线)、碳材料(如炭黑、石墨烯、碳纳米管)、导电聚合物(如氧化铟锡ITO、PPY、Ti3C2TX)、过渡金属氧化物(如CoV2O6)和部分有机导电材料(如聚苯胺(PANI)、聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)(P3HT)导电聚合物)，212柔性电极的厚度范围从5μm到400μm，例如10μm、100μm、200μm、300μm和400μm，但可以根据各种实施方案需求调整柔性电极22的厚度，使得柔性电极22更薄或更厚。
柔性带孔间隔层23的孔的直径范围为1μm到200μm，例如1μm、10μm、100μm和200μm，也可以根据具体实施方案需求调整孔的直径，使得直径更大或更小。
离子材料层介质层24为包含活性离子的材料，此处，所用材料为能够提供离子电导体的离子液、固体或复合材料。离子液体指具有离子导电性的盐溶液，如1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM][TFSI])、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF4])；或酸性 (如H2SO4、H3PO4)、碱性(如KOH、NaOH)、中性(如KCl、LiCl和NaCl)溶液等。由含有离子的材料处理后的具有离子导电性的统称为离子固体，如由有机材料包括聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)等与含有离子的液体混合后的凝胶材料。离子复合材料是指利用合适的基质材料，如纸、海绵、橡胶、纺织物，与含有离子的液体共混形成的具有离子导电性的材料。
柔性绝缘层3可采用的柔性绝缘材料包括PDMS、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、双面胶、塑料以及SU-8胶。
经验证，本实施例柔性力传感器的响应时间小于10毫秒，灵敏度大于1000kPa-1，比其他已知的电容式压力传感器高至少10到100倍。
进一步地，本实施例提供一种机器人，包括机器人本体和安装在机器人本体上的交互传感器，交互传感器为前述的柔性力传感器，从而可实现基于压力的触觉交互操作，可用于机器人、增强现实、生物感知扩展和医疗领域中。需要说明的是，本实施例中机器人的机器人本体不依赖于具体的形状，可以为拟人形态，也可以为非拟人的机器形态；本实施例中机器人的机器人本体不依赖于是否具备运动能力，可以为具备运动能力，也可以为不具备运动能力。在具备运动能力的情况下，本实施例中机器人的机器人本体不依赖于具体的运动形式、驱动方式或传动方式等。
实施例二：
本实施例为对实施例一的改进。如图6和图7所示，本实施例中柔性外壳1的底部还设有柔性基底4，通过柔性基底4，便于安装附加到外部设备上以及在柔性基底4内设置相关的前置处理电路。柔性外壳1与柔性基底4之间相互连接或者为一体式制备。例如作为一种可选的实施方式，本实施例中柔性基底4采用有机硅电子灌封胶封装，柔性外壳1与柔性基底4之间通过粘合剂粘接固定。一般而言，柔性外壳1的直径和柔性基底4的厚度比例在0.1～ 10:1的范围，但也可根据实际需要调整所需的比例。
作为一种可选的实施方式，本实施例柔性基底4中设有的前置处理电路包括相互连接的差分电容检测电路41和微控制单元42，两个离电压力电容器2的输出端与差分电容检测电路41的输入端相连。差分电容检测电路41用于完成差分电容信号放大、调制、转换，可以由专用电容数字转换器芯片构成，也可以直接通过I/O接口连入微控制单元42。此外，也可以选择直接将两个离电压力电容器2的输出端检测的信号引出，或者通过差分电容检测电路 41引出，以利用外部的信号处理电路进行相关的后处理工作。
进一步地，本实施例提供一种机器人，包括机器人本体和安装在机器人本体上的交互传感器，交互传感器为前述的柔性力传感器，从而可实现基于压力的触觉交互操作，可用于机器人、增强现实、生物感知扩展和医疗领域中。需要说明的是，本实施例中机器人的机器人本体不依赖于具体的形状，可以为拟人形态，也可以为非拟人的机器形态；本实施例中机器人的机器人本体不依赖于是否具备运动能力，可以为具备运动能力，也可以为不具备运动能力。在具备运动能力的情况下，本实施例中机器人的机器人本体不依赖于具体的运动形式、驱动方式或传动方式等。
实施例三：
本实施例为对实施例二的进一步改进。
如图8所示，本实施例提供一种柔性力/磁场复合传感器，包括前述的柔性力传感器，柔性基底4中还设有用于实现磁场检测的TMR磁敏感单元5。
如图9所示，本实施例中，TMR磁敏感单元5包括顶电极51和磁敏感柔性基底52，柔性基底52的内部嵌设有TMR磁电阻结构，磁敏感柔性基底52上设有贯穿的引线孔53，TMR 磁电阻结构通过插设于引线孔53中的引线与顶电极51电连接。
如图9所示，本实施例中，TMR磁电阻结构包括依次层叠布置的覆盖层54、导电缓冲层55、铁磁层56、势垒层57、反铁磁层58以及人工合成反铁磁层59，且覆盖层54通过插设于引线孔53中的引线与顶电极51电连接，使得TMR磁敏感单元5也呈现出较高的灵敏度和磁场分辨力。
本实施例中，顶电极51材料为金属电极材料，如金、银、铜、铝。磁敏感柔性基底52材料为PDMS、PET、PI、PMMA或Kapton的一种。覆盖层54材料为TiW/Ru/Ta的一种。导电缓冲层55材料为Ta、Ru的一种。铁磁层56材料为Co、Fe、Ni的一种。势垒层57材料为MgO、AIO、石墨烯的一种。反铁磁层58材料为PtMn及IrMn的一种。人工合成反铁磁层59材料为CoFe/Ru/CoFeB的一种。
作为一种可选的实施方式，本实施例柔性基底4中还设有磁电阻检测电路43，TMR磁敏感单元5的输出端与磁电阻检测电路43的输入端相连，磁电阻检测电路43的输出端与微控制单元42的输入端相连，磁电阻检测电路43用于完成TMR磁敏感单元5采集得到的TMR磁阻信号的放大读取，可使用专用阻抗测试芯片，也可以采用其他信号放大电路；本实施例中，微控制单元42内部设置TMR磁阻和电容信号检测门限，规定达到检测门限后即判定为受到外界磁或力信号激励，同时读取力的大小和方向、TMR磁阻大小。此外也可以直接将磁电阻检测电路43功能集成到微控制单元42中实现，或者直接将TMR磁敏感单元5的检测信号输出到传感器外部，通过传感器外部信号处理电路来进行采集或者处理。
进一步地，本实施例提供一种机器人，包括机器人本体和安装在机器人本体上的交互传感器，交互传感器为前述的柔性力传感器或者柔性力/磁场复合传感器，从而可实现基于压力的触觉交互操作和基于磁场的非接触交互操作，可用于机器人、增强现实、生物感知扩展和医疗领域中。例如，利用本实施例的柔性力/磁场复合传感器帮助搭载在机器人或其他无人设备上，检测周围的气流、水流和磁场扰动或者完成自身的运动状态监测；利用包含本实施例的柔性力/磁场复合传感器的可穿戴设备，能够支持人机交互中的复杂操作，帮助用户在非接触条件下调控电子显示屏或其他电子设备，在接触情况下根据压力变化增加新的交互功能；本实施例的柔性力/磁场复合传感器可以贴附在人或其他生物表面，如将本实施例的柔性力/ 磁场复合传感器贴附在水生生物表面，感知船舶、潜航器等航行体引起的尾流压力扰动和磁场变化，完成探测目的；此外，本实施例的柔性力/磁场复合传感器可以帮助医生在无菌环境下进行非接触式外科手术，也可以敏锐捕捉手术过程中接触压力大小，为医生提供参考数据。需要说明的是，本实施例中机器人的机器人本体不依赖于具体的形状，可以为拟人形态，也可以为非拟人的机器形态；本实施例中机器人的机器人本体不依赖于是否具备运动能力，可以为具备运动能力，也可以为不具备运动能力。在具备运动能力的情况下，本实施例中机器人的机器人本体不依赖于具体的运动形式、驱动方式或传动方式等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种柔性力传感器，其特征在于，包括柔性外壳(1)，所述柔性外壳(1)内设有离电压力电容器(2)和柔性绝缘层(3)，所述离电压力电容器(2)的数量为两个，所述柔性绝缘层(3)夹持布置于两个离电压力电容器(2)之间，所述两个离电压力电容器(2)两者构成差分电容，当两个离电压力电容器(2)压力平衡时差分电容输出零电容差值，当两个离电压力电容器(2)压力不平衡时差分电容输出为正值或负值的非零电容差值，且非零电容差值以正值或负值表示压力的方向。
2.根据权利要求1所述的柔性力传感器，其特征在于，所述离电压力电容器(2)包括一对相对布置的柔性衬底(21)，所述柔性衬底(21)内侧均设有柔性电极(22)，且两个柔性电极(22)之间夹持布置有柔性带孔间隔层(23)和离子材料层介质层(24)；位于柔性带孔间隔层(23)两侧的离子材料层介质层(24)与柔性电极(22)两者中，至少其中一方位于朝向两者中另一方的面上设有尖状凸起。
3.根据权利要求2所述的柔性力传感器，其特征在于，所述柔性电极(22)采用的电极材料为Ti3C2TX或CoV2O6。
4.根据权利要求1所述的柔性力传感器，其特征在于，所述柔性外壳(1)的底部还设有柔性基底(4)，所述柔性外壳(1)与柔性基底(4)之间相互连接或者为一体式制备。
5.根据权利要求4所述的柔性力传感器，其特征在于，所述柔性基底(4)中设有相互连接的差分电容检测电路(41)和微控制单元(42)，所述两个离电压力电容器(2)的输出端与差分电容检测电路(41)的输入端相连。
6.一种柔性力/磁场复合传感器，其特征在于，包括权利要求4或5所述的柔性力传感器，所述柔性基底(4)中还设有用于实现磁场检测的TMR磁敏感单元(5)。
7.根据权利要求6所述的柔性力/磁场复合传感器，其特征在于，所述TMR磁敏感单元(5)包括顶电极(51)和磁敏感柔性基底(52)，所述磁敏感柔性基底(52)的内部嵌设有TMR磁电阻结构，所述磁敏感柔性基底(52)上设有贯穿的引线孔(53)，所述TMR磁电阻结构通过插设于引线孔(53)中的引线与顶电极(51)电连接。
8.根据权利要求7所述的柔性力/磁场复合传感器，其特征在于，所述TMR磁电阻结构包括依次层叠布置的覆盖层(54)、导电缓冲层(55)、铁磁层(56)、势垒层(57)、反铁磁层(58)以及人工合成反铁磁层(59)，且所述覆盖层(54)通过插设于引线孔(53)中的引线与顶电极(51)电连接。
9.根据权利要求8所述的柔性力/磁场复合传感器，其特征在于，所述柔性基底(4)中还设有磁电阻检测电路(43)，所述TMR磁敏感单元(5)的输出端与磁电阻检测电路(43)的输入端相连，所述磁电阻检测电路(43)的输出端与微控制单元(42)的输入端相连。
10.一种机器人，包括机器人本体和安装在机器人本体上的交互传感器，其特征在于，所述交互传感器为权利要求1～5中任意一项所述的柔性力传感器或者权利要求6～9中任意一项所述的柔性力/磁场复合传感器。
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