CN117288354A - 一种压力传感器 - Google Patents

Abstract

说明书实施例提供一种压力传感器，包括：第一导电层、导电结构层和第二导电层；第一导电层和第二导电层位于导电结构层的两侧，导电结构层的一侧与第一导电层邻接，导电结构层的另一侧与第二导电层邻接；导电结构层的至少朝向第一导电层的一侧设有一个或多个凸起结构；导电结构层凸起结构的硬度大于第一导电层的硬度；第一导电层沿第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的电阻随第一导电层的体积变化而变化。

Description

一种压力传感器

技术领域

本说明书涉及电子元器件领域，特别涉及一种压力传感器。

背景技术

随着柔性执行器在工业生产中的应用、全自动生产线的逐渐增多与软体机器人领域的发展，对于在柔性体表面或内部进行压力传感的需求也越发强烈。目前，较为可靠的柔性传感器的传感原理主要分为电阻式、电容式、机器视觉和压阻式种。其中电阻式主要依靠导电纺织丝和导电粒子液的形变进行传感，导电纺织丝由于自身弹性不佳，在柔性手指驱动时会发生一定伸长现象，故实际使用时易发生损坏，而依靠导电粒子液进行传感则需要在柔性胶体中预留管道，对柔性胶体注胶工艺要求极高，且容易发生液体泄露导致损坏的问题。

因此，提出一种压力传感器，制作工艺简单且泛用高性，进行压力传感时具有较高的稳定性和抗干扰能力。

发明内容

本说明书实施例之一提供一种压力传感器，包括：第一导电层、导电结构层和第二导电层；所述第一导电层和所述第二导电层位于所述导电结构层的两侧，所述导电结构层的一侧与所述第一导电层邻接，所述导电结构层的另一侧与所述第二导电层邻接；所述导电结构层的至少朝向所述第一导电层的一侧设有一个或多个凸起结构；所述导电结构层凸起结构的硬度大于所述第一导电层的硬度；所述第一导电层沿所述第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的电阻随所述第一导电层的体积变化而变化。

在一些实施例中，所述第一导电层包括弹性材料的基底，所述弹性材料的基底内填充有导电颗粒；和/或所述第二导电层包括弹性材料的基底，所述弹性材料的基底内填充有导电颗粒。

在一些实施例中，在所述第一导电层的体积为初始体积的状态下，所述第一导电层沿所述第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的电阻值为R1；在所述第一导电层的体积为受压变化后的体积的状态下，所述第一导电层沿所述第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的电阻值为R2，R1为R2的10倍以上。

在一些实施例中，所述第一导电层的制作方法包括：使用稀释剂稀释液态硅胶；将导电纳米颗粒与稀释后的所述液态硅胶均匀混合；采用硬质板材压制混合后的所述液态硅胶，并烘烤固化得到所述第一导电层。

在一些实施例中，所述结构层包括金属材料。

在一些实施例中，所述导电结构层的两侧均设有所述凸起结构；所述凸起结构具有弧形表面。

在一些实施例中，所述第一导电层包括主体部和延长部，所述主体部与所述导电结构层邻接；所述压力传感器还包括延长导出层，所述延长导出层的电阻率小于所述第一导电层的电阻率，所述延长导出层与所述延长部通过导电连接件连接；所述导电连接件穿入所述延长部内。

在一些实施例中，所述第一导电层的厚度范围为0.2mm～5mm；和/或，所述导电结构层的厚度范围为0.1mm～3mm；和/或，所述第二导电层的厚度范围为0.2mm～5mm。

在一些实施例中，在所述第一导电层的体积为初始体积的状态下，所述第一导电层沿所述第一导电层的宽度方向间隔的两个表面之间的电阻值为R3，所述宽度方向垂直于所述厚度方向，R3≤R1/1000；其中，所述第一导电层沿所述第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的距离为L1，所述第一导电层沿所述第一导电层的宽度方向间隔的两个表面之间的距离为L2，L2≤10×L1。

本说明书实施例之一提供一种柔性手指夹具，所述柔性手指夹具包括仿生手指，所述柔性手指夹具具有上述的压力传感器；所述压力传感器位于所述仿生手指的指腹区域。

附图说明

本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1A是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的主视示意图；

图1B是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的侧视示意图；

图1C是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的俯视示意图；

图2是根据图1A-图1C所示的压力传感器的样品示意图；

图3是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的电阻率变化原理示意图；

图4是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的结构示意图；

图5是根据本说明书一些实施例所示的如图3所示的压力传感器的结构的截面示意图；

图6是根据本说明书一些实施例所示的柔性手指夹具的主视示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

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至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“厚度方向”、“宽度方向”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说明书和简化描述，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说明书的限制。

本说明书实施例提供一种压力传感器。在一些实施例中，压力传感器为柔性压力传感器，柔性压力传感器是指在受到外力作用时易发生形变的传感器。本说明书提供的压力传感器可以应用于多种需要进行压力感应的应用场景。在一些实施例中，压力传感器可以设置在柔性设备(如，柔性执行器、可穿戴设备、柔性手指夹具等)，以用于柔性设备的压力感应。仅作为示例，压力传感器设置在柔性手指夹具上，柔性手指夹具的夹取动作会导致压力传感器受到挤压而发生形变。通过压力传感器对其自身的形变情况的感应，可以实现对所受压力的精准识别。

压力传感器的导电结构层沿厚度方向上布置有第一导电层和第二导电层，由于导电结构层的至少朝向第一导电层的一侧设有凸起结构，凸起结构能够随着柔性手指夹具受到压力大小对第一导电层进行挤压，使第一导电层形变而改变体积大小，第一导电层的电阻随第一导电层的体积变化而变化，进而使得第一导电层的电阻能够随着压力传感器所受压力大小而变化。通过电阻的变化情况，可以较为准确地感应出压力传感器所受压力情况。此外，由于第一导电层和第二导电层分别位于结构层导电结构层的两侧与其邻接，第一导电层和第二导电层可以作为电极引出信号，以采集电阻的变化情况，使得压力传感器具有较高的便利性检测所受压力。

图1A是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的主视示意图；图1B是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的侧视示意图；图1C是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的俯视示意图。

在一些实施例中，如图1A、1B和1C所示，压力传感器100包括第一导电层110、导电结构层120和第二导电层130。第一导电层110和第二导电层130位于导电结构层120的两侧，导电结构层120的一侧与第一导电层110邻接，导电结构层120的另一侧与第二导电层130邻接。导电结构层120的至少朝向第一导电层110的一侧设有一个或多个凸起结构121，导电结构层120的凸起结构121的硬度大于第一导电层110的硬度。第一导电层110沿第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的电阻随第一导电层110的体积变化而变化。

导电结构层120是指为第一导电层110和第二导电层130提供支撑和连接的层状结构。导电结构层120的两侧是指沿着厚度方向t的两侧。其中，厚度方向t是指如图1A、1B和1C的箭头所示方向。导电结构层120沿着厚度方向t的两侧可以分别与第一导电层110和第二导电层130邻接并提供支撑。在一些实施例中，导电结构层120可以为能够导电的多种材料。在一些实施例中，导电结构层120可以包括金属材料。例如，铜、铝、铜镍合金等金属导体。

凸起结构121是设置在至少朝向第一导电层110的一侧的结构。在一些实施例中，凸起结构121可以沿着厚度方向t设置在导电结构层120只朝向第一导电层110的一侧，用于增大第一导电层110的所受压强。在一些实施例中，凸起结构121可以沿着厚度方向t设置在导电结构层120的两侧同时朝向第一导电层110，用于同时增大第一导电层110和第二导电层130的所受压强。凸起结构121的硬度大于第一导电层110的硬度的目的是：第一导电层110能够在凸起结构121的挤压作用下更容易发生形变从而改变电阻值以进行压力的传感，更多细节可以参见图2及其相关描述。在一些实施例中，凸起结构121可以设置为在导电结构层120沿厚度方向t的表面的单个凸起金属片(如铜片)。在一些实施例中，单个凸起金属片的凸起结构121会使压力传感器100受到挤压时难以弯曲形变，因此凸起结构121可以设置为在导电结构层120沿厚度方向t的表面上的多个分体结构。分体结构是指将单个凸起结构121分解为的多个较小且独立的凸起结构。例如，将上述的单个凸起金属片的凸起结构121分解为的多个较小且独立的金属片。在一些实施例中，多个分体结构可以间隔预设距离进行设置以使压力传感器100易于弯曲形变。在一些实施例中，分体结构包括但不限于多个凸起的小铜片、钢珠等。

第一导电层110和第二导电层130均是导电材料制成或者在制作过程中掺入导电材料的层状结构。在一些实施例中，第一导电层110和第二导电层130的基底内可以填充导电颗粒。导电颗粒的含量、种类，会影响第一导电层110和第二导电层130的电导率，具体请参见下文中关于第一导电层110和第二导电层130制作方法的说明。

在一些实施例中，当压力传感器100未受到压力而第一导电层110未发生形变时，第一导电层110的电导率可以小于第二导电层130的电导率。在一些实施例中，当压力传感器100受到压力而使得第一导电层110发生形变时，第一导电层110的电导率可以发生变化，变化后的第一导电层110的电导率可以依然小于第二导电层130的电导率，也可以大于或等于第二导电层110的电导率。在一些实施例中，第一导电层110内部填充的导电颗粒含量低于第二导电层130，第一导电层110基础阻值低于第二导电层130。基础阻值是指第一导电层110和第二导电层130未受到压力而发生形变时的电阻值。在一些实施例中，第二导电层130可以作为导线，传递第一导电层110的相关信号(如电阻变化)，相关说明可以参见下文所述。在一些实施例中，第一导电层110可以具有较高的基础阻值，柔性传感器100受到按压后第一导电层110的阻值会急剧下降，以此传感柔性传感器100所受压力，相关说明可以参见图2及其相关描述。

在本说明书中，两个部件邻接是指这两个部件位置相邻且电连接。导电结构层120的一侧与第一导电层110邻接，导电结构层120的另一侧与第二导电层130邻接可以理解为：第一导电层110和第二导电层130分别在导电结构层120沿着厚度方向t的相对两侧相邻布置，且第一导电层110和第二导电层130分别与导电结构层120电连接。通过这样的设置，第一导电层110、第二导电层130和导电结构层120彼此连接形成闭合电路，使得第一导电层110、第二导电层130的相关信号(如电阻值)可以被引出。例如，通过延长导出层150引出，延长导出层150的说明请参见图3及其相关描述。

在一些实施例中，压力传感器100中的第一导电层110、导电结构层120和第二导电层130的形状可以为如图1所示的长方形，也可以是其他具备弯曲能力的细长条形、圆形等，在此不对第一导电层110、导电结构层120和第二导电层130形状和尺寸做限制。

在一些实施例中，当压力传感器100(导电结构层120)受到压力发生弯曲形变时，导电结构层120上设置的凸起结构121可以至少向第一导电层110施加压力，使第一导电层110的物理形状随之变化，从而导致第一导电层110、第二导电层130的电阻发生变化(具体原理请参见图2及相关说明)。其中，凸起结构121的硬度大于第一导电层110的硬度，能够有效将压力传递到第一导电层110，而不会被第一导电层110的弹性变形所吸收。

在一些实施例中，压力传感器100受到压力发生弯曲会导致第一导电层110的厚度发生变化(即体积发生变化)，从而改变第一导电层110沿厚度方向t间隔的两个表面之间的电阻。在一些实施例中，压力传感器100受到压力发生弯曲会导致第二导电层130的厚度发生变化(即体积发生变化)，从而改变第二导电层130的电阻。在一些实施例中，可以通过采集第一导电层110和第二导电层130的电阻，并分析电阻的变化情况，能够较准确地感应压力传感器100受到的压力情况(如压力大小、压力方向)。此外，由于第一导电层110和第二导电层130分别邻接于导电结构层120的两侧，彼此连接形成一段闭合的电路，使得第一导电层110和第二导电层130的电阻采集非常简单，提高了检测压力传感器100所受压力情况的便利性。

在一些实施例中，第一导电层110包括弹性材料的基底，弹性材料的基底内填充有导电颗粒。在一些实施例中，第二导电层130包括硅胶弹性材料的基底，硅胶弹性材料的基底内填充有导电颗粒。在一些实施中，弹性材料可以为硅胶、橡胶、乳胶等。在一些实施例中，导电颗粒包括但不限于金属粉、碳纳米管、石墨烯等。

在本说明书一些实施例中，将第一导电层110、第二导电层130的基底设置为弹性材料，使得压力传感器100沿厚度方向t的上下表面均为弹性材料，弹性材料使得第一导电层110、第二导电层130能够发生弹性形变，在作用力消失后能够恢复。通过在第一导电层110、第二导电层130的基底内使填充导电颗粒，使得第一导电层110、第二导电层130具有导电性，在第一导电层110、第二导电层130形变时产生的电阻变化能够通过导线传递至处理电路进行处理分析。

图2是根据图1A-图1C所示的压力传感器的样品示意图。

电阻率是用来描述物质中电荷的流动受到阻碍程度的参数，第二导电层130的电阻率和导电结构层120的电阻率均小于第一导电层110的电阻率，说明第一导电层110的电阻大于第二导电层130和导电结构层120。需要说明的是，在本说明书中，第一导电层110、第二导电层130呈层状结构，因此某一部件的电阻包括沿厚度方向t间隔的两个表面之间的电阻值，和沿宽度方向间隔的两个表面之间的电阻值。在一些实施例中，第一导电层110的电阻包括沿第一导电层110的厚度方向t间隔的两个表面之间的电阻值R1，和沿第一导电层110的宽度方向r间隔的两个表面之间的电阻值为R3。其中，宽度方向r是如图2所示垂直于厚度方向t的方向。

在一些实施例中，在第一导电层110的体积为初始体积的状态下，第一导电层110沿第一导电层110的厚度方向t间隔的两个表面之间的电阻值为R1，在第一导电层110的体积为受压变化后的体积的状态下，第一导电层110沿第一导电层110的厚度方向t间隔的两个表面之间的电阻值为R2，R1为R2的10倍以上。

示例地，图2所示为尺寸为10mm x 10mm x 1.5mm的传感器(即第一导电层110)样品，用万用表笔轻触第一导电层110沿厚度方向t的上表面的触点C和下表面的触点C′，会测得CC′之间的电阻值大于60MΩ；用万用表笔重按第一导电层110沿厚度方向t的上表面的触点C和下表面的触点C′，会测得CC′之间的电阻值在500～2000KΩ范围内。

初始体积是指未受到挤压时第一导电层110的体积。在一些实施例中，第一导电层110受到挤压后，第一导电层110的体积会缩小初始体积的至少百分之一(如第一导电层110的体积会缩小初始体积的十分之一)，即第一导电层110受压变化后的体积为第一导电层110初始体积的0.99倍以下(如0.9倍)。或者，第一导电层110受到挤压后，第一导电层110沿第一导电层110的厚度方向t间隔的两个表面之间距离缩小初始状态下(对应初始体积)的两个表面之间距离的至少十分之一。在一些实施例中，第一导电层110受到挤压的压力越大，第一导电层110的体积缩小的越多，则第一导电层110受压变化后的体积越小，此时受压变化后的第一导电层110的电阻值R2相较于R1更小。

在受到挤压的前后，第一导电层110会发生较大的体积变化，从而使得第一导电层110沿厚度方向t间隔的两个表面之间的电阻值发生10倍以上的明显变化，此过程中处理电路可以读取第一导电层110沿厚度方向t间隔的两个表面之间的电阻值变化从而确定压力传感器100所受压力，且至少10倍以上的电阻值变化，使得压力传感器100具有较高检测其所受压力的灵敏度。

在一些实施例中，在第一导电层110的体积为初始体积的状态下，第一导电层110沿第一导电层110的宽度方向r间隔的两个表面之间的电阻值为R3，宽度方向垂直于厚度方向t，R3≤R1/1000。在一些实施例中，R3≤R1/10。在一些实施例中，R3≤R1/100。在一些实施例中，R3≤R1/500。在一些实施例中，第一导电层110沿第一导电层110的厚度方向t间隔的两个表面之间的距离为L1，第一导电层110沿第一导电层110的宽度方向r间隔的两个表面之间的距离为L2，L2≤10×L1。

示例地，图2所示为尺寸为10mm x 10mm x 1.5mm的传感器(即第一导电层110)样品，用万用表笔轻触第一导电层110沿宽度方向r的两侧表面的触点A和触点A′，会测得AA′之间的电阻值大于60MΩ；用万用表笔重按第一导电层110沿宽度方向r的两侧表面的触点A和触点A′，会测得AA′之间的电阻值在500～2000KΩ范围内。示例地，用万用表笔轻触第一导电层110沿宽度方向r的两侧表面的触点B和触点B′，会测得BB′之间的电阻值为4.3KΩ左右。

设置第一导电层110沿宽度方向r间隔的两个表面之间的电阻值R3远小于其沿厚度方向t间隔的两个表面之间的电阻值R1，使得第一导电层110受到挤压时，其电阻值R3的变化程度相较于R1不大，保证第一导电层110测量的电阻值R1受到电阻值R3的影响较小，保证压力传感器100检测所受压力的准确性。在一些实施例中，第一导电层110的厚度范围为0.2mm～5mm。在一些实施例中，导电结构层120的厚度范围为0.1mm～3mm。在一些实施例中，第二导电层130的厚度范围为0.2mm～5mm。

第一导电层110、导电结构层120以及第三导电层厚度过大，会导致应用在柔性设备(柔性手指夹具)上时不易随着柔性设备弯曲而弯曲形变，且占用柔性设备的空间过大，不便于其他部件的安装。第一导电层110、导电结构层120以及第三导电层厚度过薄，会导致压力传感器100电阻变化的灵敏度不够，不具有较好的感应精度检测其所受压力。在一些实施例中，通过设置第一导电层110的优选厚度范围为0.2mm～5m、第二导电层130的优选厚度范围为0.2mm～5mm，以及导电结构层120的厚度范围为0.1mm～3mm，使得第一导电层110、第二导电层130能够不占用柔性设备过大的空间的同时，并具有足够的厚度来填充导电颗粒和保持较大的弹性，保证柔性设备在检测其所受压力时具有较高的精度。

图3是根据本说明书一些实施例所示的第一导电层的电阻率变化原理示意图。

基底可以作为支撑基底为第一导电层110提供支撑，且内部填充有导电颗粒使得第一导电层110具有导电性。基底的材质可以上文所述的弹性材料。如图3的横坐标代表体积分数，纵坐标代表电阻率。体积分数是指基底内部填充的导电颗粒的体积与基底体积的比值。在一些实施例中，根据第一导电层110的体积分数(横坐标)由大到小的顺序，将图3所示的电阻率随体积分数的变化曲线分别划分为绝缘区(A区)、渗流区(B区)和为导电区(C区)。绝缘区代表绝缘状态；导电区代表电阻较小而可以几乎忽略的状态。渗流现象普遍存在于粒子填充型聚合物复合材料中，是指当填充粒子达到一定浓度时，体系的某种物理性质发生突变的行为。对于第一导电层110而言，由于其为导电颗粒填充聚合物，表现更为直观，即当体积分数到某一临界值时，其电阻率突然陡变，从绝缘体转变为导体，该现象被称为导电渗流现象。在图3中，渗流区代表体积分数的变化会导致电阻率较为剧烈的变化。关于渗流区该特点的进一步描述，请参见下文的说明。

参考图3可知，第一导电层110的电阻率随体积分数的变化曲线(以下简称变化曲线)为单调递减曲线，其中体积分数为导电颗粒的体积与基底的体积比值。图3在一些实施例中，弹性材料混入导电颗粒的高分子复合材料，能够通过配置其导电颗粒的含量形成第一导电层110。由图3可知，第一导电层110的处于渗流区时，第一导电层110的电阻率会急剧变化，由A区接近绝缘的临界状态(即A、B交界处)下降到C区接近导通的临界状态(即B、C区交界处)。基于此原理，通过填充导电颗粒的含量配置电阻率处于虚线X与变化曲线的交点处附近的高分子复合材料，在配置高分子复合材料的电阻率的过程中，该高分子复合材料会受到挤压导致体积变小，从而导致该高分子复合材料的体积分数变大，进而形成处于虚线Y与变化曲线的交点处附近的第一导电层110。通过配置高分子复合材料的导电颗粒含量形成第一导电层110的方法可以参见下文所述。

因此，第一导电层110的电阻率(电阻)随着体积分数的变化的原理为：处于虚线Y与变化曲线的交点处附近的第一导电层110，因填充到基底的导电颗粒不具有弹性而基底具备弹性，第一导电层110的体积发生减小时而导电颗粒的体积保持不变，使受到挤压的第一导电层110的体积分数随压强变化而变化(即体积分数随压强增大而增大)，处于虚线Y与变化曲线的交点处附近的第一导电层110右移(单调递减)至虚线X与变化曲线的交点处附近甚至进入导电区，此过程中第一导电层110的阻值(电阻率)发生剧烈下降，通过处理电路读取第一导电层110的阻值变化可以确定压力传感器100所受压力，由此实现压力传感器100的压力的传感。

在一些实施例中，第一导电层110的电阻率处于渗流区时，压力传感器100受到挤压的压力时，第一导电层110能够及时发生体积变化，且第一导电层110仅发生较小的体积变化也能够引起第一导电层110的体积分数的显著变化，使得第一导电层110的电阻率(电阻)变化的灵敏性得到提高的，进而使得压力传感器100能够通过第一导电层110的电阻变化，检测其所受压力情况，具有较高的精度。

在一些实施例中，弹性材料包括硅胶材料，第一导电层110的制作方法包括：使用稀释剂稀释液态硅胶，将导电颗粒与稀释后的液态硅胶均匀混合，采用硬质板材或滚轴配合塑料薄膜压制混合后的液态硅胶，并烘烤固化得到第一导电层110。在一些实施例中，第二导电层130的制作方法可以与第一导电层110的制作方法相同。

在一些实施例中，由于金属粉、碳纳米管、石墨烯等导电颗粒难以直接与硅胶混合均匀，因此需要采用稀释剂将液态硅胶稀释，稀释剂包括白电油、二甲基硅油等。稀释之后的液态硅胶可以与导电颗粒充分混合均匀，之后对混合后的液态硅胶进行固化定型。添加了稀释剂的液态硅胶如果采用传统的固化方式将难以完全固化，因此，使用表面平整光滑的硬质板材压制液态硅胶，硬质板材可以使用亚克力板、铝板、钢板等，在两片硬质板材的四周或者四角固定限厚片，并在90摄氏度进行烘烤固化，烘烤约2小时之后，取出接近完全固化的电阻片，继续以90摄氏度烘烤4至8小时，直到第一导电层110、第二导电层130完全固化定型，得到厚度均匀、表面光滑且内部颗粒混合均匀的第一导电层110、第二导电层130。使用硬质板材压制是为了使电阻片薄厚均匀，除了上述的限厚片，还可以使用滚轴配合塑料薄膜压制混合后的液态硅胶，对此不做限制。

在一些实施例中，第一导电层110和第二导电层130制作完成后，可以使用定制形状的刀模对其进行切割，以实现快速高效地制作具备高一致性的特定形状的第一导电层110和第二导电层130，以此保证所制作的压力传感器100具备较高的一致性。

在一些实施例中，导电结构层120的两侧均设有凸起结构121。在一些实施例中，凸起结构121具有弧形表面。

在一些实施例中，凸起结构121可以为通过带孔硅胶片的孔洞固定的钢珠层。在一些实施例中，导电结构层120可以设置为单面凸起的铜片，凸起的铜片朝向第一导电层110，此时第一导电层第二导电层130可以处于导电区(C区)。在一些实施例中，导电结构层120的两侧均设有凸起结构121，凸起结构121具有弧形表面。例如，导电结构层120设置有可以同时增大沿厚度方向t两侧压强的双面凸起铜片或钢珠等部件。在一些实施例中，当导电结构层120的两侧均设有凸起结构121时，第一导电层110和第二导电层130均处于渗流区(B区)。

在本说明书一些实施例中，当导电结构层120的两侧均设有凸起结构时，使得压力传感器100具有双向的压力感应能力，能够适应更复杂的工作环境；凸起结构具有弧形表面，可以在接触到第一导电层110和第二导电层130时，使得压力更加均匀分布避免压力的局部集中，减少接触面的磨损，提高压力传感器100的稳定性和可靠性。

图4是根据本说明书一些实施例所示的压力传感器的结构示意图；图5是根据本说明书一些实施例所示的如图4所示的压力传感器的结构的截面示意图。

在一些实施例中，如图4和图5所示，第一导电层110包括主体部111和延长部112，主体部111与导电结构层120邻接；压力传感器100还包括延长导出层150，延长导出层150的电阻率小于第一导电层110的电阻率，延长导出层150与延长部112通过导电连接件140连接；导电连接件140穿入延长部112内。

导电连接件140是用于连接延长部112和延长导出层150的部件。导电连接件140具有导电性，能够作为导线的一部分将第一导电层110与延长导出层150进行电连接。在一些实施例中，导电连接件140包括但不限于铆钉(如空心铆钉)、螺丝等具有导电性的连接件。在一些实施例中，由于第一导电层的表面电阻较大而内部电阻较小，导电连接件140通过穿入延长部112内，以实现与第一导电层110的内部充分接触，使得第一导电层110产生的相关信号(如电阻值)能够通过导电连接件140传递至延长导出层150。

主体部111是第一导电层110中用于与导电结构层120进行邻接的部分；延长部112是第一导电层110中用于与延长导出层150进行连接的部分。主体部111通过与导电结构层120进行邻接，使得主体部111、第二导电层130和导电结构层120彼此连接形成一段闭合电路。

在一些实施例中，延长导出层150和第二导电层130内部填充有导电颗粒，延长导出层150和第二导电层130的体积分数处于导电区(C区)，而第一导电层110的体积分数处于渗流区(B区)，因此延长导出层150的电阻率小于第一导电层110的电阻率。关于渗流区(B区)和导电区(C区)的说明可以参见图3及其相关描述。

在本说明书一些实施例中，压力传感器100受到压力时形变时产生的电阻变化需要通过导线与处理电路进行连接并处理，配置延长导出层150和第二导电层130处于导电区(C区)，使得延长导出层150和第二导电层130具有较高的导电性，可以作为压力传感器100内部的导线传递电阻变化值。而延长导出层150和第二导电层130本身均具备弹性，能够与柔性手指夹具中的胶体具有较好的相容性，集成至柔性手指夹具中时能够随其形变而伸长变化，不易发生断裂和割裂柔性手指夹具中胶体的情况。

在一些实施例中，延长部112可以设置在主体部111沿长度方向a上的其中一端，作为上述闭合电路的其中一个电极，延长导出层150可以作为导线，通过导电连接件140与该电极连接并沿着宽度方向r从仿生手指末端引出；第二导电层130沿长度方向a的另外一端作为该闭合电路的另外一个电极，第二导电层130具有延长部分，第二导电层130的延长部分可以作为导线，在该电极处沿着宽度方向r进行延长并从仿生手指末端引出连接至处理电路。将延长导出层150和第二导电层130的延长部分作为连接上述闭合电路的两个电极处的导线，并分别与处理电路进行连接，可以将第一导电层110、第二导电层130的受到压力形变时产生的相关信号(如电阻值)传递至处理电路进行处理分析。其中，长度方向a是如图4所示垂直于厚度方向t，且与第一导电层110、导电结构层120和第二导电层130所在平面平行的方向；宽度方向r是如图4所示垂直于厚度方向t和长度方向a的方向。

在一些实施例中，延长导出层150的电阻率小于第一导电层110的电阻率。主体部111、第二导电层130分别与导电结构层120邻接，主体部111、导电结构层120和第二导电层130沿着厚度方向t堆叠形成层状结构，该层状结构为上文所述的闭合电路，延长导出层150和第二导电层130的延长部分能够作为连接该闭合电路的两个电极处的导线是因为：第二导电层130的延长部分和延长导出层150的阻值范围均约为5-50Ω；而在压力传感器100受到挤压前，该层状结构(闭合电路)沿着厚度方向t的两个表面的阻值大于60MΩ；在压力传感器100受到挤压后，该层状结构(闭合电路)发生形变，使得该层状结构(闭合电路)沿着厚度方向t的两个表面的阻值约为20～200kΩ。在压力传感器100受到挤压前后，第二导电层130的延长部分和延长导出层150的阻值相比于该层状结构(闭合电路)的阻值量级可近似忽略，因此第二导电层130的延长部分和延长导出层150可以作为使用在柔性压力传感100中的导线。其中，压力传感器100受到挤压前，压力传感器100呈平置或轻度拉伸的状态；压力传感器100受到挤压前，压力传感器100呈现弯曲变形的状态。

图6是根据本说明书一些实施例所示的柔性手指夹具的主视示意图。

在一些实施例中，如图6所示，柔性手指夹具200包括仿生手指210，柔性手指夹具200具有压力传感器100，压力传感器100位于仿生手指210的指腹区域211。

柔性手指夹具200是指由柔性材料制成的，能够模拟人类手指运动的元器件。在一些实施例中，柔性手指夹具200内部可以设置有流体(如，空气)通道，流体输送系统或装置(如，气囊)连通流体通道并形成流动回路，流体输送系统或装置通过对流动回路的充入/吸出流体，实现驱动柔性手指夹具的张开/聚合。

仿生手指210是指用于模拟人类手指的结构。在一些实施例中，仿生手指210能够弯曲。柔性手指夹具200可以利用多个仿生手指210，实现相应的操作。例如，抓取操作等。在一些实施例中，仿生手指210可以基于多种方式实现弯曲功能。例如，仿生手指210可以基于多个柔性关节构成，以实现弯曲。又例如，仿生手指210可以采用延展性较好的材料一体成型，如弹性材料等。

如图6所示，当柔性手指夹具200执行抓取操作时，多个仿生手指210的指腹区域211会与物体直接接触，指腹区域211会受到挤压。基于此，为了更加全面且精准地检测仿真手指210所受压力，以使柔性手指夹具200可以更好地工作，压力传感器100可以设计为弯曲状结构并集成设置于仿真手指210。在一些实施例中，延长导出层150和第二导电层130的延长部分设置于柔性手指夹具200中，分别作为两根导线从柔性手指夹具末端220处引出，将主体部111、第二导电层130和导电结构层120的构成的闭合电路连接于外部的处理电路，处理电路可以基于此将第一导电层110、第二导电层130的受到压力形变时产生的相关信号(如电阻值)传进行处理分析。在一些实施例中，压力传感器100可以设置于指腹区域211，对仿真手指210所受压力进行全面检测。彼此连接形成一段闭合电路

在一些实施例中，仿真手指210还可以通过设置多个压力传感器100，以实现全面且精准地压力检测。例如，通过将多个不同的压力传感器100设置于仿真手指210的多个不同区域等。在本说明书一些实施例中，柔性手指夹具200通过将压力传感器100封装到仿生手指210的指腹区域211内进行使用使得压力传感器100检测第一导电层110、第二导电层130的电阻值变化作为传感数据来判断柔性手指夹具200的受力情况和抓取状态时，能够避免压力传感器100受到外界因素(如温度)的干扰。且由于柔性手指夹具200与压力传感器100均采用弹性材料(如，硅胶)，具有很好的相容性，压力传感器100可以随柔性手指夹具200的弯曲发生相应的形变，不易发生多次弯曲后压力传感器100割伤胶体导致仿生手指210损坏的情况，有利于保证压力传感器100的使用寿命。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

Claims (10)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括第一导电层、导电结构层和第二导电层；所述第一导电层和所述第二导电层位于所述导电结构层的两侧，所述导电结构层的一侧与所述第一导电层邻接，所述导电结构层的另一侧与所述第二导电层邻接；

所述导电结构层的至少朝向所述第一导电层的一侧设有一个或多个凸起结构；所述导电结构层凸起结构的硬度大于所述第一导电层的硬度；所述第一导电层沿所述第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的电阻随所述第一导电层的体积变化而变化。

2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述第一导电层包括弹性材料的基底，所述弹性材料的基底内填充有导电颗粒；和/或所述第二导电层包括弹性材料的基底，所述弹性材料的基底内填充有导电颗粒。

3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，在所述第一导电层的体积为初始体积的状态下，所述第一导电层沿所述第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的电阻值为R1；在所述第一导电层的体积为受压变化后的体积的状态下，所述第一导电层沿所述第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的电阻值为R2，R1为R2的10倍以上。

4.如权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述弹性材料包括硅胶材料；所述第一导电层的制作方法包括：

使用稀释剂稀释液态硅胶；

将导电颗粒与稀释后的所述液态硅胶均匀混合；

采用硬质板材或滚轴配合塑料薄膜压制混合所述导电颗粒后的所述液态硅胶，并烘烤固化得到所述第一导电层。

5.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述导电结构层包括金属材料。

6.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述导电结构层的两侧均设有所述凸起结构；所述凸起结构具有弧形表面。

7.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述第一导电层包括主体部和延长部，所述主体部与所述导电结构层邻接；所述压力传感器还包括延长导出层，所述延长导出层的电阻率小于所述第一导电层的电阻率，所述延长导出层与所述延长部通过导电连接件连接；所述导电连接件穿入所述延长部内。

8.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述第一导电层的厚度范围为0.2mm～5mm；和/或，

所述导电结构层的厚度范围为0.1mm～3mm；和/或，

所述第二导电层的厚度范围为0.2mm～5mm。

9.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，在所述第一导电层的体积为初始体积的状态下，所述第一导电层沿所述第一导电层的宽度方向间隔的两个表面之间的电阻值为R3，所述宽度方向垂直于所述厚度方向，R3≤R1/1000；

其中，所述第一导电层沿所述第一导电层的厚度方向间隔的两个表面之间的距离为L1，所述第一导电层沿所述第一导电层的宽度方向间隔的两个表面之间的距离为L2，L2≤10×L1。

10.一种柔性手指夹具，其特征在于，所述柔性手指夹具包括仿生手指，所述柔性手指夹具具有权利要求1～9中任一项所述的压力传感器；所述压力传感器位于所述仿生手指的指腹区域。