JP7478824B2 - フレキシブルコンデンサアレイおよびその製造方法、コンデンサアレイ検出システムならびにロボット - Google Patents
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Description
本願の実施例は、出願番号が202010377743.6で、出願日が2020年5月7日である中国特許出願に基づいて提出され、また、当該中国特許出願の優先権を主張し、当該中国特許出願の全ての内容が、参考として本願の実施例に組み込まれる。
本願は、フレキシブルコンデンサアレイおよびその製造方法、コンデンサアレイ検出システムならびにロボットに関する。
CEDL=C1EDL・C2EDL/(C1EDL+C2EDL)=ΣC1EDL/i・C2EDL/(ΣC1EDL/i+C2EDL)
これにより、電極対と、電極対の中間にある第1スペーサ層204および誘電体層203とは、フレキシブルコンデンサアレイ20内の1つのコンデンサセルを構成し、該コンデンサセルは、イオン型の電気二重層コンデンサである。
は、材料の誘電率を示し、Sは、第1電極と第2電極との正対面積を示し、kは、静電力定数を示し、dは、第1電極と第2電極との間の距離を示す。フレキシブルコンデンサアレイ20において、第1電極が第2電極と正対に配置されており、これにより、フレキシブルコンデンサアレイ20の静電場が平行電場に近似され得る。図2Bに示すように、圧力の作用により、第1電極アレイ2012と第2電極アレイ2022との間の距離dが減少される。また、第1スペーサ層204のキャビティ構造の体積が圧力の作用に伴って減少されるため、誘電率
がこれに伴って増加され、さらに、コンデンサセルの静的コンデンサの容量値が増加される。
Claims (15)
- フレキシブルコンデンサアレイであって、
複数の第1電極を含む第1電極アレイが配置されている第1フレキシブル電極層と、
複数の第2電極を含む第2電極アレイが配置されている第2フレキシブル電極層と、
前記第1フレキシブル電極層と前記第2フレキシブル電極層との間に配置されている誘電体層と、
前記第1電極アレイと前記誘電体層との間に配置されている第1スペーサ層と、を含み、
ここで、前記第1電極アレイと前記第2電極アレイにおいて対向配置されている各電極対と、前記電極対の間に介在している前記第1スペーサ層および前記誘電体層の一部とは、前記フレキシブルコンデンサアレイのコンデンサセルを構成し、それら複数のコンデンサセルのうちの各々のコンデンサセルには、第1電気二重層コンデンサと前記第1電気二重層コンデンサに直列接続されている第2電気二重層コンデンサとが含まれ、前記第1電気二重層コンデンサには、前記第1電極と、前記第1スペーサ層と、前記誘電体層とが含まれ、前記第2電気二重層コンデンサには、前記第2電極と、前記誘電体層と、前記第2電極アレイと前記誘電体層との間に配置されている第2スペーサ層とが含まれ、
ここで、押圧状態では、前記コンデンサセルにおける誘電体層は、前記第1スペーサ層を貫通し、前記第1電極に接触して複数の第1接触面を形成し、前記複数の第1接触面における各接触面において、第1マイクロ電気二重層コンデンサが形成され、かつ、前記複数の第1接触面での複数の第1マイクロ電気二重層コンデンサが並列接続されて前記第1電気二重層コンデンサを形成し、
前記押圧状態において前記誘電体層は、前記第2スペーサ層を貫通し、前記第2電極と接触して複数の第2接触面を形成し、前記複数の第2接触面における各接触面において、第2マイクロ電気二重層コンデンサが形成され、かつ、前記複数の第2接触面での複数の第2マイクロ電気二重層コンデンサが並列接続されて前記第2電気二重層コンデンサを形成する、
ことを特徴とするフレキシブルコンデンサアレイ。 - 前記第1電極アレイにおける複数の第1電極は、M行とN列を含むマトリクスに配列されており、ここで、M、Nは、正の整数であり、前記第2電極アレイにおける複数の第2電極は、M行とN列を含むマトリクスに配列されており、また、前記第2電極アレイにおけるi行j列目の第2電極と、前記第1電極アレイにおけるi行j列目の第1電極とは、対向配置されて電極対を形成し、iは、0以上かつM未満であり、jは、0以上かつN未満である、
ことを特徴とする請求項1に記載のフレキシブルコンデンサアレイ。 - 前記第1スペーサ層には、前記誘電体層を前記電極対のうちの少なくとも1つの電極から離間させるキャビティが含まれる、
ことを特徴とする請求項1に記載のフレキシブルコンデンサアレイ。 - 前記キャビティには、ポリジメチルシロキサン(PDMS)支持カラムからなるキャビティと、高分子薄膜の枠形ブラケットからなるキャビティと、メッシュ状の高分子薄膜からなるキャビティのうちの少なくとも1つが含まれる、
ことを特徴とする請求項3に記載のフレキシブルコンデンサアレイ。 - 前記第1電極アレイにおける同一行の複数の第1電極は、行方向に電気的に接続されて、行方向に平行するM個の電極列を形成し、
前記第2電極アレイにおける同一列の複数の第2電極は、列方向に電気的に接続されて、列方向に平行するN個の電極列を形成する、
ことを特徴とする請求項1に記載のフレキシブルコンデンサアレイ。 - 前記第1電極アレイにおける複数の第1電極は、互いに電気的に接続され、かつ、1つの共通のリード線に共通に電気的に接続され、また、前記第2電極アレイにおける各々の第2電極は、個別のリード線を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のフレキシブルコンデンサアレイ。 - 前記第1電極アレイにおける各々の第1電極は、個別のリード線を有し、および、前記第2電極アレイにおける各々の第2電極は、個別のリード線を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のフレキシブルコンデンサアレイ。 - フレキシブルコンデンサアレイの製造方法であって、
第1フレキシブル電極層を配置するステップであって、前記第1フレキシブル電極層の上に複数の第1電極を含む第1電極アレイが配置されているステップと、
前記第1フレキシブル電極層の上に第1スペーサ層を配置するステップと、
前記第1スペーサ層の上に誘電体層を配置するステップと、
第2フレキシブル電極層を配置するステップであって、前記第2フレキシブル電極層の上に複数の第2電極を含む第2電極アレイが配置されているステップと、
前記誘電体層の上に前記第2フレキシブル電極層を配置するステップと、
前記第1フレキシブル電極層、前記誘電体層、前記第1スペーサ層、および前記第2フレキシブル電極層を、前記フレキシブルコンデンサアレイとしてパッケージ化するステップと、を含み、
ここで、前記第1電極アレイと前記第2電極アレイにおいて対向配置されている各電極対と、前記電極対の間に介在している前記第1スペーサ層および前記誘電体層の一部とは、前記フレキシブルコンデンサアレイのコンデンサセルを構成し、それら複数のコンデンサセルのうちの各々のコンデンサセルには、第1電気二重層コンデンサと前記第1電気二重層コンデンサに直列接続されている第2電気二重層コンデンサとが含まれ、前記第1電気二重層コンデンサには、前記第1電極と、前記第1スペーサ層と、前記誘電体層とが含まれ、前記第2電気二重層コンデンサには、前記第2電極と、前記誘電体層と、前記第2電極アレイと前記誘電体層との間に配置されている第2スペーサ層とが含まれ、
ここで、押圧状態では、前記コンデンサセルにおける誘電体層は、前記第1スペーサ層を貫通し、前記第1電極に接触して複数の第1接触面を形成し、前記複数の第1接触面における各接触面において、第1マイクロ電気二重層コンデンサが形成され、かつ、前記複数の第1接触面での複数の第1マイクロ電気二重層コンデンサは、並列接続されて前記第1電気二重層コンデンサを形成し、
前記押圧状態において前記誘電体層は、前記第2スペーサ層を貫通し、前記第2電極と接触して複数の第2接触面を形成し、前記複数の第2接触面における各接触面において、第2マイクロ電気二重層コンデンサが形成され、かつ、前記複数の第2接触面での複数の第2マイクロ電気二重層コンデンサが並列接続されて前記第2電気二重層コンデンサを形成する、
ことを特徴とするフレキシブルコンデンサアレイの製造方法。 - 前記第1電極アレイにおける複数の第1電極は、M行とN列を含むマトリクスに配列されており、ここで、M、Nは、正の整数であり、前記第2電極アレイにおける複数の第2電極は、M行とN列を含むマトリクスに配列されており、また、前記第2電極アレイにおけるi行j列目の第2電極と、前記第1電極アレイにおけるi行j列目の第1電極とは、対向配置されて電極対を形成し、iは、0以上かつM未満であり、jは、0以上かつN未満である、
ことを特徴とする請求項8に記載のフレキシブルコンデンサアレイの製造方法。 - 前記誘電体層の製造方法は、
ポリビニルアルコールを水に溶解させて、ゲル状溶液を形成するステップと、
前記ゲル状溶液にリン酸を加えて、混合溶液を形成するステップと、
前記混合溶液を微細構造体のテンプレートに置くステップと、
前記混合溶液を硬化させて、前記誘電体層を得るステップと、を含む、
ことを特徴とする請求項8に記載のフレキシブルコンデンサアレイの製造方法。 - コンデンサアレイ検出システムであって、
請求項1~7のいずれか1項に記載のフレキシブルコンデンサアレイと、
前記フレキシブルコンデンサアレイにおける少なくとも1つのコンデンサセルをゲーティングするように構成されるコンデンサ選択回路と、
前記コンデンサ選択回路の制御下で、前記フレキシブルコンデンサアレイの、第1電極アレイにおける少なくとも1つの電極リード線および第2電極アレイにおける少なくとも1つの電極リード線に励起信号を出力するように構成される励起回路と、
前記少なくとも1つのコンデンサセルの容量値を検出するように構成されるコンデンサ容量検出回路と、
を含むことを特徴とするコンデンサアレイ検出システム。 - 前記コンデンサ容量検出回路には、
前記コンデンサ容量検出回路が前記少なくとも1つのコンデンサセルの少なくとも1つのクロストーク補償値を検出するように前記コンデンサ選択回路の制御下で制御するように構成されるクロストーク補償回路と、
前記少なくとも1つのクロストーク補償値に基づいて、前記少なくとも1つのコンデンサセルの容量値を更新するように構成されるコンデンサ容量算出回路と、がさらに含まれる、
ことを特徴とする請求項11に記載のコンデンサアレイ検出システム。 - 前記フレキシブルコンデンサアレイは、圧力センシング検出面に配置され、また、前記フレキシブルコンデンサアレイにおける各々のコンデンサセルは、前記圧力センシング検出面の1つの圧力センシング検出位置に対応し、
前記コンデンサ選択回路は、前記フレキシブルコンデンサアレイにおける各々のコンデンサセルを順次にゲーティングするように構成され、
前記コンデンサ容量検出回路は、前記コンデンサセルごとに、
前記コンデンサセルの容量値を検出することであって、前記クロストーク補償回路によって前記コンデンサ容量検出回路が前記コンデンサセルの少なくとも1つのクロストーク補償値を検出するように制御されることと、
前記コンデンサ容量算出回路を使用して、前記少なくとも1つのクロストーク補償値に基づいて、前記コンデンサセルの容量値を更新することと、
それら各々のコンデンサセルの容量値を、前記圧力センシング検出位置の圧力センシング情報として順次に出力することと、を実行するように構成される、
ことを特徴とする請求項12に記載のコンデンサアレイ検出システム。 - ロボットであって、
請求項11~13のいずれか1項に記載のコンデンサアレイ検出システムであって、
前記コンデンサアレイ検出システムにおけるフレキシブルコンデンサアレイが、前記ロボットの少なくとも一部の圧力センシング検出面に配置されているコンデンサアレイ検出システムと、
前記コンデンサアレイ検出システムによって検出された少なくとも1つのコンデンサセルの容量値に基づいて、衝撃力検出値および衝撃力発生位置を算出するように構成される衝撃力検出器と、
前記衝撃力検出器による衝撃力検出値および前記衝撃力発生位置に基づいて、衝撃摂動を決定するように構成される衝撃摂動決定器と、
決定された衝撃摂動に応答して、前記ロボットの動作パラメータを調整することで、前記ロボットが前記衝撃摂動に抵抗するように制御するように構成される衝撃摂動抵抗コントローラと、
を含むことを特徴とするロボット。 - 前記ロボットは、足型ロボットであり、前記フレキシブルコンデンサアレイは、前記足型ロボットの足部の底面の圧力センシング検出面上に設けられ、
前記ロボットの動作パラメータを調整することは、前記足型ロボットの着地点または着地角度を調整すること、を含み、
前記衝撃摂動抵抗コントローラには、さらに、計画軌跡生成器、調整軌跡生成器、および足関節角度生成器が含まれ、ここで、
前記計画軌跡生成器は、前記足型ロボットの重心軌跡および着地点軌跡を計画するように構成され、
前記調整軌跡生成器は、前記足型ロボットの前記重心軌跡および前記衝撃力検出値に基づいて、前記足型ロボットの重心軌跡を調整し、および、前記足型ロボットの着地点軌跡に基づいて、前記足型ロボットの着地点軌跡を調整するように構成され、
前記足関節角度生成器は、調整された重心軌跡および調整された着地点軌跡に基づいて、前記足型ロボットの足関節角度を調整することにより、前記足型ロボットの着地点または着地角度を調整するように構成される、
ことを特徴とする請求項14に記載のロボット。
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