WO2021143271A1 - 传感器、设备、传感方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

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    • H03K2017/9604—Touch switches characterised by the type or shape of the sensing electrodes characterised by the number of electrodes

Definitions

  • a sensor array connected to the controller
  • the controller acquires the first capacitance information at the electrode gap of each sensor in the sensor array of the smart device to obtain a first capacitance information set;
  • FIG. 20 is a schematic diagram of an exemplary sensor sensitivity comparison provided by an embodiment of the present application.
  • FIG. 17 is a schematic diagram of an exemplary arrangement of at least two sub-upper electrodes provided by an embodiment of the present application.
  • the five groups of at least two sub-upper electrodes 301-12 are At least two sub-upper electrodes 301-12 are double electrodes, and each sub-upper electrode in the dual electrodes is a circular electrode, and the outer radius of one of the double electrodes (sub-upper electrode) is R7.5, and the inner radius is R7.5.
  • the radius of the circle is R6, and the class size of the other electrode (sub-upper electrode) in the 17-1 group, 17-2 group, 17-3 group, 17-4 group and 17-5 group is set to R1, R2, respectively. R3, R4 and R5.
  • the ion gel dielectric layer refers to a dielectric layer made of ion gel, which has ion sensing properties, so that the sensor 301 is an ionic capacitive tactile sensor.
  • the dielectric layer of an insulating material film refers to a dielectric layer made of an insulating material film (for example, a polymer film), so that the sensor 301 is a static capacitance tactile sensor.
  • an embodiment of the present application also provides a smart device 200.
  • the smart device 200 includes: a controller 400; a sensor array 300 connected to the controller 400; wherein each sensor 301 in the sensor array 300 is The sensor described above.
  • the sensor array 300 can be attached to the outer surface of the robot in a large area, and the sensor array 300 is connected to the processing device (controller) in the robot to obtain the smart device 200 in the embodiment of the present application; in this way, It can realize all-round sensing of all parts of the robot to the outside world.
  • the high-density sensor array 300 can also enable the robot to determine the specific location close to the object, and truly realize the complete warning of the working environment of the robot; and can sense when the object is approaching When the robot is in contact with the object, the robot can sense the pressure between the object and the robot to avoid injury caused by excessive pressure carried and applied by the robot.
  • the smart device can also determine the subsequent processing operation according to the target proximity distance and/or target force; for example, when the target proximity distance indicates that the smart device is closer to the approaching object, evade; another example , When the target force indicates that the force applied by the smart device on the contact object is too large, reduce the force to achieve compliant operation.
  • copper foil is selected as the lower electrode layer, and one side of the copper foil (first lower electrode layer) is attached to the other side of the ion gel dielectric layer (second dielectric layer); here, copper foil is also used as The shielding layer of the upper electrode layer shields the electric field interference inside the robot (smart device).
  • the executable instructions may be in the form of programs, software, software modules, scripts or codes, written in any form of programming language (including compiled or interpreted languages, or declarative or procedural languages), and their It can be deployed in any form, including being deployed as an independent program or as a module, component, subroutine or other unit suitable for use in a computing environment.

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Abstract

一种传感器（301）、设备、传感方法、装置及计算机可读存储介质；传感器（301）包括：上电极层（301-1）、介电层（301-2）和下电极层（301-3）；介电层（301-2）的第一介电层面（301-21）贴附在上电极层（301-1）的第一上电极面（301-11）；介电层（301-2）的第二介电层面（301-22）贴附在下电极层（301-3）的第一下电极面（301-31）；第二介电层面（301-22）与第一介电层面（301-21）对立；上电极层（301-1）包括按照阵列排布的至少两个子上电极（301-12）；其中，至少两个子上电极（301-12）之间存在电极间隙（301-121），通过电极间隙（301-121）处的第一电容信息，确定与接近对象（800）的距离信息；在介电层（301-2）的作用下，通过上电极层（301-1）和下电极层（301-3）之间的第二电容信息，确定作用在接触对象（700）的作用力。能够提升传感器（301）的传感功能的多样性。

Description

传感器、设备、传感方法、装置及计算机可读存储介质
相关申请的交叉引用
本申请基于申请号为202010054425.6、申请日为2020年01月17日的中国专利申请提出，并要求该中国专利申请的优先权，该中国专利申请的全部内容在此以引入方式并入本申请。
技术领域
本申请涉及自动化领域中的传感技术，尤其涉及一种传感器、设备、传感方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着人工智能在各行业的快速应用，传感器在智能设备中得到了广泛应用；然而，随着智能设备的不断拓宽和深化，也出现了一些应用问题，其中，最为重要的是智能设备的安全问题；比如，机器人行动过程中与目标对象的碰撞问题，又比如，机器人在负载情况下所施加的压力过大对目标对象和自身造成损坏的问题。
一般来说，针对智能设备的安全问题，通常在智能设备的特定部位设置接近式传感器，以感知目标对象与智能设备之间的距离；或者，在智能设备的特定部位设置触觉传感器，以感知目标对象与智能设备之间的所施加的压力。也就是说，设置在智能设备上的传感器仅能感知与目标对象的距离或施加在目标对象上的力，因此，传感器的传感功能单一。
发明内容
本申请实施例提供一种传感器、设备、传感方法、装置及计算机可读存储介质。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种传感器，包括：
上电极层、介电层和下电极层；
所述介电层的第一介电层面贴附在所述上电极层的第一上电极面；
所述介电层的第二介电层面贴附在所述下电极层的第一下电极面；所述第二介电层面与所述第一介电层面对立；所述上电极层包括按照阵列排布的至少两个子上电极；其中，
所述至少两个子上电极之间存在电极间隙，通过所述电极间隙处的电 容信息，确定与接近对象的距离信息；
在所述介电层的作用下，通过所述上电极层和所述下电极层之间的电容信息，确定作用在接触对象的作用力。
本申请实施例提供一种智能设备，包括：
控制器；
与所述控制器连接的传感器阵列；
所述传感器阵列中的每个传感器包括上述所述的传感器。
本申请实施例提供一种传感方法，所述方法由上述所述的智能设备执行，包括：
当接近对象向所述智能设备接近时，通过控制器，获取所述智能设备的传感器阵列中每个传感器的电极间隙处的第一电容信息，得到第一电容信息集合；
根据所述第一电容信息集合，确定与所述接近对象的距离信息，得到距离信息集合；
当所述智能设备作用在接触对象时，通过所述控制器，获取在所述每个传感器的介电层的作用下，所述上电极层和下电极层之间的第二电容信息，得到第二电容信息集合；
根据所述第二电容信息集合，确定作用在所述接触对象的作用力，得到作用力集合；
根据所述距离信息集合和/或所述作用力集合，完成对目标对象的双模态传感；所述目标对象包括所述接近对象和所述接触对象。
本申请实施例提供一种传感装置，包括：
第一电容获取部分，配置为当接近对象向所述智能设备接近时，通过控制器，获取所述智能设备的传感器阵列中每个传感器的电极间隙处的第一电容信息，得到第一电容信息集合；
接近传感部分，配置为根据所述第一电容信息集合，确定与所述接近对象的距离信息，得到距离信息集合；
第二电容获取部分，配置为当所述智能设备作用在接触对象时，通过所述控制器，获取在所述每个传感器的介电层的作用下，所述上电极层和下电极层之间的第二电容信息，得到第二电容信息集合；
接触传感部分，配置为根据所述第二电容信息集合，确定作用在所述接触对象的作用力，得到作用力集合；
传感部分，配置为根据所述距离信息集合和/或所述作用力集合，完成对目标对象的双模态传感；所述目标对象包括所述接近对象和所述接触对象。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，用于引起控制器执行时，实现本申请实施例提供的传感方法。
本申请实施例具有以下有益效果：由于传感器包含上电极层、介电层 和下电极层组成的三层传感结构，能够通过三层传感结构的电容信息传感到作用在接触对象的作用力；又因为上电极层是由至少两个子上电极组成的，能够通过至少两个子上电极之间存在的电极间隙处的电容信息传感接近对象的距离信息；如此，能够实现对目标对象的接近和接触两种方式的传感，因此，能够提升传感层次，提升传感器的传感功能的多样性。
附图说明
图1是本申请实施例提供的传感系统的一个可选的架构示意图；
图2是本申请实施例提供的图1中的一种控制器的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的传感器的一个可选的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种示例性的电极间隙处的电场的示意图；
图5是本申请实施例提供的传感器的另一个可选的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的一种示例性的两个子上电极的设置示意图；
图7是本申请实施例提供的一种示例性的接近式传感性能的对比曲线示意图；
图8是本申请实施例提供的一种不同的叉指个数的至少两个子上电极的示意图；
图9是本申请实施例提供的一种不同的叉指个数的至少两个子上电极的实物示意图；
图10是本申请实施例提供的另一种示例性的接近式传感性能的对比曲线示意图；
图11是本申请实施例提供的一种不同的叉指间隙的至少两个子上电极的示意图；
图12是本申请实施例提供的一种不同的叉指间隙的至少两个子上电极的实物示意图；
图13是本申请实施例提供的又一种示例性的接近式传感性能的对比曲线示意图；
图14是本申请实施例提供的一种不同的长宽比的至少两个子上电极的示意图；
图15是本申请实施例提供的一种不同的长宽比的至少两个子上电极的实物示意图；
图16是本申请实施例提供的另一种示例性的两个子上电极的设置示意图；
图17是本申请实施例提供的一种示例性的至少两个子上电极设置示意图；
图18是本申请实施例提供的一种示例性的至少两个子上电极同面共面设置示意图；
图19是本申请实施例提供的一种示例性的至少两个子上电极异面共面设置示意图；
图20是本申请实施例提供的一种示例性的传感器灵敏度对比示意图；
图21是本申请实施例提供的一种示例性的在力的作用下不同材质的介电层对应电容变化信息曲线示意图；
图22是本申请实施例提供的一种示例性的传感器对绝缘体的接近式传感曲线示意图；
图23是本申请实施例提供的一种示例性的传感器对导体的接近式传感曲线示意图；
图24是本申请实施例提供的一种示例性的传感器阵列；
图25是本申请实施例提供的一种传感方法的一个可选流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本申请实施例所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请实施例中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词和术语进行说明，本申请实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。
1)接近传感器，是一种具备感知对象接近能力的器件，通过利用传感器对接近的对象具有的敏感特性来识别对象的接近，并输出相应电信号。
2)接触传感器，即触觉传感器，通常指机器人中用于模仿触觉功能的传感器。
3)传感器阵列，指将一组传感器按一定方式布置在不同空间位置上所形成的阵列。
4)电极，指电子或电器设备中的一种部件，在导电介质(比如，固体、 气体、真空或电解质溶液)中用做输入或导出电流的两个端；输入电流的一极称为阳极或正极，导出电流的一极称为阴极或负极；在本申请实施例中，电极包括上电极层和下电极层。
5)叉指电极，指面内存在如指状或梳状等周期性图案的电极，被用来与可穿透材料或敏感涂层的电场产生相关的电容。
近年来，机械化和自动化的大型智能加工机器人逐渐进入工业生产中，并在工业化生产中承担起越来越多的生产工作。机器人在替代人工实现人力成本降低的同时，还能够提供更加高效和效果稳定的劳动；从而，更加小巧和灵活的小型机器人得到了应用。在机器人应用不断拓宽和深化的同时，出现了一些实际性的问题，其中，最为重要的就是机器人的安全问题。机器人程式化的运动方式无法感知周围环境，从而，在运动过程中容易与目标对象发生碰撞；以及，机器人在负载的情况下，容易出现因压力过大导致的机器人自身或被负载对象发生损坏，或者因压力过小无法完成负载功能，无法感知压力的大小来实时调整所施加的压力，无法实现柔顺智能操作等。也就是说，机器人应用的发展面临着接近和接触方面的安全问题。
一般来说，针对接近方面，为了实现机器人对目标对象的位置的感知，通常基于视觉、波和电磁场来实现。其中，在利用视觉进行测距时，通常在机器人上加载摄像设备对目标对象识别，获得目标对象的实景尺寸，进而再利用目标对象的实景尺寸与目标对象的实际尺寸的对比结果获得目标对象与加载摄像设备的机器人之间的距离，不仅实现了对目标对象的距离的测量还实现了对目标对象的识别。然而，虽然基于视觉能够识别出目标对象并计算出目标对象与机器人之间的距离，但实现过程中需要摄像装置，需要在机器人表面单独设计开口，成本高且难度大，以及摄像装置为硬质材质，对机器人的外骨骼的随行贴附性差，不能形成在机器人表面的电子皮肤；综上，无法实现摄像设备在机器人表面的大量排布，也就无法实现对目标对象的全方位传感；从而，基于加载摄像设备的机器人的传感灵敏度较低，适用范围较小。
在利用波进行测距时，通常是通过光学组件或声学组件进行检测，获取光波或声波的反射时间或相位差来计算得到对象的距离，能够测量数十米的间距且具有毫米级别的精度。然而，基于光波和声波测距时，需要复杂的光波或声波的发射接收系统，而发射接收系统体积大，无法实现在机器人表面的大量排布，也就无法实现对目标对象的全方位传感；从而，基于发送接收系统的机器人的可实现较小，且传感灵敏度较低，适用范围较小。
在利用电磁场进行测距时，通常是通过电感式或电容式传感器获取目标对象对传感器激发的电磁场的影响作用来实现的距离的感知。然而，仅能实现距离的传感，传感器的传感功能单一。
此外，针对接触方面，一般通过触觉传感器实现压力的传感，比如， 采用单个薄膜电容压力片或应变片作为机器人的触觉传感器；然而，却仅能实现接触式传感，并且，仅能实现在机器人的特定部位放置单个触觉传感器进行传感，无法实现全方位的传感；以及，触觉传感器所使用的材料是硬质材料，对机器人的外骨骼的随行贴附性差，不能形成在机器人表面的电子皮肤；以及，利用电容压力片得到的传感器对压力传感的灵敏度较低，对压力的分辨性较差。所以，传感器的传感性能较差。
综上，传感器存在的问题包括：传感灵敏度低，无法实现全方位的传感；功能单一，要么只能实现接近式传感，要么只能实现接触式传感；适用范围小，仅能设置在机器人的特定部位。
另外，针对传感功能单一的问题，还存在另一种传感方式，比如，在机器手的端部设计随形的“U”字形的板状电极，利用板状电极的电场实现对目标对象的接近传感；在板状电极的边部和中部下方设置薄膜按动开关，起到一定的压力传感能力。如此，虽然实现了接近和接触两种传感功能，但仅能实现对导通的目标对象的接近传感和接触传感，故，通用性较差。
基于此，本申请实施例提供一种传感器、设备、传感方法、装置及计算机可读存储介质，能够提升传感器的灵敏度和传感层次，使得传感功能多样化，且能够扩大适用范围，具备通用性。下面说明本申请实施例提供的智能设备的示例性应用。
参见图1，图1是本申请实施例提供的传感系统的一个可选的架构示意图，为实现一个传感应用，在传感系统100中，智能设备200包括传感器阵列300和控制器400，其中，传感器阵列300是由至少一个传感器301组成的；智能设备200通过网络500连接服务器600，网络500可以是广域网或者局域网，又或者是二者的组合；另外，该传感系统100中还包括接触对象700和接近对象800。
智能设备200，用于通过传感器阵列300和控制器400对接触对象700进行接触式传感，以及对接近对象800进行接近式传感。
服务器600，用于通过网络500向智能设备200提供实现功能服务的数据支持。
参见图2，图2是本申请实施例提供的图1中的一种控制器的结构示意图，图2所示的控制器400包括：至少一个处理器410、存储器450、至少一个网络接口420和用户接口430。控制器400中的各个组件通过总线系统440耦合在一起。可理解，总线系统440用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统440除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图2中将各种总线都标为总线系统440。
处理器410可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，例如通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其中，通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。
用户接口430包括使得能够呈现媒体内容的一个或多个输出装置431，包括一个或多个扬声器和/或一个或多个视觉显示屏。用户接口430还包括一个或多个输入装置432，包括有助于用户输入的用户接口部件，比如键盘、鼠标、麦克风、触屏显示屏、摄像头、其他输入按钮和控件。
存储器450包括易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)，易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)。本申请实施例描述的存储器450旨在包括任意适合类型的存储器。存储器450可选地包括在物理位置上远离处理器410的一个或多个存储设备。
在一些实施例中，存储器450能够存储数据以支持各种操作，这些数据的示例包括程序、模块和数据结构或者其子集或超集，下面示例性说明。
操作系统451，包括用于处理各种基本系统服务和执行硬件相关任务的系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务；
网络通信模块452，用于经由一个或多个(有线或无线)网络接口420到达其他计算设备，示例性的网络接口420包括：蓝牙、无线相容性认证(Wi-Fi)、和通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)等；
显示模块453，用于经由一个或多个与用户接口430相关联的输出装置431(例如，显示屏、扬声器等)使得能够呈现信息(例如，用于操作外围设备和显示内容和信息的用户接口)；
输入处理模块454，用于对一个或多个来自一个或多个输入装置432之一的一个或多个用户输入或互动进行检测以及翻译所检测的输入或互动。
在一些实施例中，本申请实施例提供的传感装置可以采用软件方式实现，图2示出了存储在存储器450中的传感装置455，其可以是程序和插件等形式的软件，包括以下软件模块：第一电容获取模块4551、接近传感模块4552、第二电容获取模块4553、接触传感模块4554和传感模块4555，将在下文中说明各个模块的功能。
在另一些实施例中，本申请实施例提供的传感装置可以采用硬件方式实现，作为示例，本申请实施例提供的传感装置可以是采用硬件译码处理器形式的处理器，其被编程以执行本申请实施例提供的传感方法，例如，硬件译码处理器形式的处理器可以采用一个或多个应用专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD，Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable Logic Device)、现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)或其他电子元件。
下面，将对本申请实施例提供的传感器301的结构进行说明。参见图3，图3是本申请实施例提供的传感器的一个可选的结构示意图，基于图1对 图3示出的结构进行说明。
在本申请实施例中，传感器301包括：上电极层301-1、介电层301-2和下电极层301-3；介电层301-2的第一介电层面301-21贴附在上电极层301-1的第一上电极面301-11；介电层301-2的第二介电层面301-22贴附在下电极层301-3的第一下电极面301-31；第二介电层面301-22与第一介电层面301-21对立；上电极层301-1包括按照阵列排布的至少两个子上电极301-12；其中，至少两个子上电极301-12之间存在电极间隙301-121，通过电极间隙301-121处的第一电容信息，确定与接近对象800的距离信息；在介电层301-2的作用下，通过上电极层301-1和下电极层301-3之间的第二电容信息，确定作用在接触对象700的作用力。
需要说明的是，传感器301对应三层传感结构，其中，介电层301-2为上电极层301-1和下电极层301-3的中间层；从而，介电层301-2的两个对立面中的一个面即第一介电层面301-21与上电极层301-1的一个面即第一上电极面301-11贴附，介电层的两个对立面中的另一个面即第二介电层面301-22与下电极层的一个面即第一下电极面301-31贴附。如此，一方面，传感器301的上电极层301-1、介电层301-2和下电极层301-3组成的三层传感结构，即接触传感器的三层传感结构；又因为传感器301与接触对象700接触时，根据作用力与反作用力的关系，传感器301能够传感到与接触对象700因接触而存在的作用力的传感；以及，传感器301与接触对象700之间的作用力的大小与，上电极层301-1和下电极层301-3之间的第一电容信息是有关系的，而上电极层301-1和下电极层301-3之间的第一电容信息的变化，是由于中间层介电层301-2的变化引起的；因此，综上，传感器301能够在介电层301-2的作用下，通过上电极层301-1和下电极层301-3之间的第一电容信息，确定作用在接触对象700的作用力。
另一方面，上电极层301-1中包括的按照阵列排布的至少两个子上电极301-12中，各个子上电极间存在着间隙，本申请实施例中称为电极间隙301-121；并且，在该电极间隙301-121处能够形成面外闭合电场，在接近对象800与传感器301的距离发生变化时，影响该电场的回路闭合，会对该电场的分布造成影响，进而该电场中的电容也会发生变化；因此，传感器301能够通过电极间隙处的第二电容信息，确定与接近对象800的距离信息。
还需要说明的是，本申请实施例对上电极层301-1和下电极层301-3在层次的上下顺序上不作具体限定。以及，下电极层301-3还用于至少两个子上电极301-12进行接近式传感的屏蔽，以屏蔽其所应用的智能设备内部的电场干扰。
示例性地，参见图4，图4是本申请实施例提供的一种示例性的电极间隙处的电场的示意图；如图4所示，至少两个子上电极301-12包括两个子上电极：电极4-1和电极4-2，电极4-1和电极4-2在电极间隙301-12处形 成了面外闭合弧形电场4-3(面外闭合电场)。
可以理解的是，本申请实施例利用接触传感器三层传感结构的一个电极层，实现对接近对象的距离的传感，进而实现了传感器的接触式传感和接近式传感的双模态传感，完成了接近传感器和接触传感器的结合，提升了机器人的传感层次。
参见图5，图5是本申请实施例提供的传感器的另一个可选的结构示意图；如图5所示，本申请实施例中的传感器301还包括封装层301-4，封装层301-4用于封装传感301中的上电极层301-1、介电层301-2和下电极层301-3组成的三层传感结构。
需要说明的是，封装层301-4在封装传感器301的传感结构时，可以是包裹式的，也可以是部分贴附式的，等等，本申请实施例对此不作具体限定。这里，封装层301-4即电极的衬底。
继续参见图5，封装层301-4包括第一封装层301-41和第二封装层301-42；其中，第一封装层301-41，用于封装在上电极层301-1的第二上电极面301-13上；第二上电极面301-13与第一上电极面301-11对立；第二封装层301-42，用于封装在下电极层301-3的第二下电极面301-32上；第二下电极面301-32与第一上电极面301-31对立。
需要说明的是，第一封装层301-41用于对传感器301的上电极层301-1侧进行封装，通过贴附在上电极层301-1的第二上电极面301-13上实现；第二封装层301-42用于对传感器301的下电极层301-3侧进行封装，通过贴附在下电极层301-3的另一面第二下电极面301-32上实现；如此，就构成了本申请实施例中的五层传感结构。
在本申请实施例中，第一封装层301-41用于作为上电极层301-1的电极衬底，第二封装层301-42用于作为下电极层301-3的电极衬底。
本申请实施例中，传感器301的封装层301-4为柔性材料薄膜封装层。
需要说明的是，柔性材料薄膜封装层指利用柔性材料薄膜制作出的封装层，即封装层301-4所使用的材料为柔性材料薄膜，比如，聚合物薄膜；如此，使得传感器301具备柔性。另外，封装层301-4还可以用于对传感器301的所有外围进行封装。
在本申请实施例中，传感器301的至少两个子上电极301-12中的每个子上电极301-122为叉指型电极或圆型电极。
需要说明的是，本申请实施例中的每个子上电极301-122的类型可以为叉指型(此时，每个子上电极301-122为叉指型电极)，也可以为圆型(此时，每个子上电极301-122为圆型电极)，又可以为U型，还可以为其他类型，本申请实施例对每个子上电极301-122的类型不作具体限定。
这里，至少两个子上电极301-12中的每个子上电极301-122还可以采用不同类型的电极；比如，当至少两个子上电极301-12包括两个子上电极时，该两个子上电极中，其中一个子上电极的类型可以为叉指型，另一个 子上电极的类型可以为圆型。
在本申请实施例中，传感器301的至少两个子上电极301-12中的每个子上电极301-122为导电碳布电极、蒸镀金属电极、印刷电极和喷涂金属网络电极中的至少一种。
需要说明的是，导电碳布电极指利用导电碳布制作出的电极，制作时，比如可以使用激光将导电碳布切割成电极大小，来得到导电碳布电极；导电碳布电极具备弯曲性能，从而使得传感器301具备柔性。蒸镀金属电极指在聚合物(比如，PET(Polyethylene terephthalate，涤纶树脂)和PI(Polyimide，聚酰亚胺)等)薄膜上蒸镀导电金属，来得到的金属电极；蒸镀时，可以是根据预设的电极阵列实现的；这里，预设的电极阵列指至少两个子上电极301-12中每个子上电极301-122所对应的设置位置。印刷电极指印刷在橡胶(比如，TPU(Thermoplastic polyurethanes，热塑性聚氨酯弹性体橡胶))薄膜上的电极；印刷时，可以是根据预设的电极阵列的掩模实现的。喷涂金属网络电极指在聚合物薄膜上喷涂银纳米线的金属网络电极；喷涂时，可以是根据预设的电极阵列的掩模实现的。另外，导电碳布电极、蒸镀金属电极、印刷电极和喷涂金属网络电极均是柔性电极；而本申请实施例中的每个子上电极301-122，除了为导电碳布电极、蒸镀金属电极、印刷电极和喷涂金属网络电极中的任一种外，还可以是其他的具备柔性的电极。
在本申请实施例中，传感器301中的每个子上电极301-122为叉指型电极时，至少两个子上电极301-12共面且交错设置。
需要说明的是，至少两个子上电极301-12之间共面，且，至少两个子上电极301-12之间是交错设置的，如此，来形成面外闭合电场。
示例性地，参见图6，图6是本申请实施例提供的一种示例性的两个子上电极的设置示意图；如图6所示，两个叉指型电极(至少两个子上电极301-12)：子上电极6-1和子上电极6-2共面且交错设置。
另外，至少两个子上电极301-12与传感器301的接近式传感的性能相关；这里，每个子上电极301-122的叉指个数和叉指长宽比，以及至少两个子上电极301-12之间的叉指间隙，均与传感器301的接近式传感的性能相关。在实际应用时，可根据实际需求对每个子上电极301-122的叉指个数和叉指长宽比，以及至少两个子上电极301-12之间的叉指间隙301-121进行设置。
示例性地，参见图7，图7是本申请实施例提供的一种示例性的接近式传感性能的对比曲线示意图，如图7所示，下侧数轴为接近对象800与传感器301之间的距离信息，左侧数轴表征的为传感器301的传感性能；易知，传感器301中每个子上电极301-122的叉指个数为2、3、4、5、6、7和8时，分别对应的传感曲线不同。另外，图8是与图7对应的每个子上电极301-122所设置的不同的叉指个数示意图，如图8所示，五组至少两个 子上电极301-12中每组的至少两个子上电极301-12均为双电极(即包含两个子上电极301-122)，组8-1中每个子上电极301-122的叉指个数为2，组8-2中每个子上电极301-122的叉指个数为3，组8-3中每个子上电极301-122的叉指个数为4，组8-4中每个子上电极301-122的叉指个数为5，组8-5中每个子上电极301-122的叉指个数为6，组8-6中每个子上电极301-122的叉指个数为7，组8-7中每个子上电极301-122的叉指个数为8。图9是与图7和图8对应的实物图，如图9所示，组9-1中每个子上电极301-122的叉指个数为2，组9-2中每个子上电极301-122的叉指个数为3，组9-3中每个子上电极301-122的叉指个数为4，组9-4中每个子上电极301-122的叉指个数为5，组9-5中每个子上电极301-122的叉指个数为6，组9-6中每个子上电极301-122的叉指个数为7，组9-7中每个子上电极301-122的叉指个数为8。
示例性地，参见图10，图10是本申请实施例提供的另一种示例性的接近式传感性能的对比曲线示意图；如图10所示，下侧数轴方向表征的为接近对象800与传感器301之间的距离信息，左侧数轴表征的为传感器301的传感性能；易知，传感器301中每个子上电极之间的叉指间隙分别为0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4、2.8和3.2(单位为毫米)时，分别对应的传感曲线不同。另外，图11是与图10对应的每个子上电极之间所设置的不同的叉指间隙示意图，如图11所示，五组至少两个子上电极301-12中每组的至少两个子上电极301-12均为双电极，组11-1中每个子上电极301-122的叉指间隙为0.4，组11-2中每个子上电极301-122的叉指间隙为0.8，组11-3中每个子上电极301-122的叉指间隙为1.2，组11-4中每个子上电极301-122的叉指间隙为1.6，组11-5中每个子上电极301-122的叉指间隙为2.0，组11-6中每个子上电极301-122的叉指间隙为2.4，组11-7中每个子上电极301-122的叉指间隙为2.8，组11-8中每个子上电极301-122的叉指间隙为3.2。图12是与图10和图11对应的实物图，如图12所示，组12-1中每个子上电极301-122的叉指间隙为0.4，组12-2中每个子上电极301-122的叉指间隙为0.8，组12-3中每个子上电极301-122的叉指间隙为1.2，组12-4中每个子上电极301-122的叉指间隙为1.6，组12-5中每个子上电极301-122的叉指间隙为2.0，组12-6中每个子上电极301-122的叉指间隙为2.4，组12-7中每个子上电极301-122的叉指间隙为2.8，组12-8中每个子上电极301-122的叉指间隙为3.2。
示例性地，参见图13，图13是本申请实施例提供的又一种示例性的接近式传感性能的对比曲线示意图；如图13所示，下侧数轴方向表征的为接近对象800与传感器301之间的距离信息，左侧数轴方向表征的为传感器301的传感性能；易知，传感器301中每个子上电极的叉指长宽比分别为“1:1”、“2:1”、“3:1”和“4:1”时，对应的传感曲线不同。另外，图14是与图13对应的每个子上电极所设置的不同的长宽比示意图，如图14所示， 五组至少两个子上电极301-12中每组的至少两个子上电极301-12均为双电极，组14-1中每个子上电极301-122的叉指长宽比为“5:4.9”(即“1:1”)，组14-2中每个子上电极301-122的叉指长宽比为“10:4.9”(即“2:1”)，组14-3中每个子上电极301-122的叉指长宽比为“15:4.9”(即“3:1”)，组14-4中每个子上电极301-122的叉指长宽比为“20:4.9”(即“4:1”)。图15是与图13和图14对应的实物图，如图15所示，组15-1中每个子上电极301-122的叉指长宽比为“5:4.9”(即“1:1”)，组15-2中每个子上电极301-122的叉指长宽比为“10:4.9”(即“2:1”)，组15-3中每个子上电极301-122的叉指长宽比为“15:4.9”(即“3:1”)，组15-4中每个子上电极301-122的叉指长宽比为“20:4.9”(即“4:1”)。
在本申请实施例中，传感器301中的每个子上电极301-122为圆型电极时，至少两个子上电极301-12共面且共圆心设置。其中，共面设置方式包括异面共面设置和同面共面设置。
需要说明的是，至少两个子上电极301-12之间共面，且两个子上电极301-12之间是共圆心设置的，如此，来形成面外闭合电场。
示例性地，参见图16，图16是本申请实施例提供的另一种示例性的两个子上电极的设置示意图；如图16所示，两个圆型电极(至少两个子上电极301-12)：子上电极16-1和子上电极16-2是共面且共圆心设置的。
这里，两个子上电极301-12之间的共面方式和圆型尺寸，均与传感器301的接近式传感的性能相关。在实际应用时，可根据实际需求对两个子上电极301-12之间的共面方式和圆型尺寸进行设置。
示例性地，参见图17，图17是本申请实施例提供的一种示例性的至少两个子上电极设置示意图，如图17所示，五组至少两个子上电极301-12中每组的至少两个子上电极301-12均为双电极，且双电极中的每个子上电极为圆型电极，以及双电极中的其中一个电极(子上电极)的外圆半径为R7.5，内圆半径为R6，17-1组、17-2组、17-3组、17-4组和17-5组中的另一个电极(子上电极)的班级大小依次分别设置为R1、R2、R3、R4和R5。五组的双电极同面共面设置的示意图如图18所示，组18-1与组17-1对应，组18-2与组17-2对应，组18-3与组17-3对应，组18-4与组17-4对应，组18-5与组17-5对应。图17中的五组的双电极异面共面设置的实物图，以及图18中的五组的双电极异面共面设置的实物图如图19所示，组19-1分别与组18-1和组17-1对应，组19-2分别与组18-2和组17-2对应，组19-3分别与组18-3和组17-3对应，组19-4分别与组18-4和组17-4对应，组19-5分别与组18-5和组17-5对应。
在本申请实施例中，传感器301的介电层301-2为离子凝胶介电层或绝缘材料薄膜介电层。
需要说明的是，离子凝胶介电层指利用离子凝胶制作的介电层，具有离子传感特性，使得传感器301是一种离子型电容触觉传感器。而绝缘材 料薄膜介电层指利用绝缘材料薄膜(比如，聚合物薄膜)制作的介电层，使得传感器301是一种静电容触觉传感器。
在本申请实施例中，当介电层301-2为离子凝胶介电层时，离子凝胶介电层具有微结构，在离子凝胶介电层的微结构的作用下，通过上电极层301-1和下电极层分别301-3分别与离子凝胶介电层之间的接触面积，确定上电极层301-1和下电极层301-3之间的第一电容信息。
需要说明的是，当介电层301-2为离子凝胶介电层时，传感器301的接触式传感机理为，介电层301-2中存在可自由移动的离子，离子在电场的作用下向上电极层301-1和下电极层301-3移动，从而在上电极层301-1和下电极层301-3，以及介电层301-2三者之间形成微电容，即形成双电层电容；又由于介电层301-2(比如，介电层的表面或整体)具有微结构，在双电层电容中，在压力下，上电极层301-1和下电极层301-3，分别与介电层301-2(这里，为离子凝胶介电层)的接触面积逐渐增大，引起上电极层301-1和下电极层301-3间的电容值增大，实现作用在接触对象上的作用力的传感，完成接触式传感。并且，通常上电极层301-1和下电极层301-3间的电容值与，上电极层301-1和下电极层301-3间的间距成反比，而上电极层301-1和下电极层301-3分别与介电层301-2间的间距一般为纳米级别，所以，传感器301对力的接触式传感具备高的灵敏度。
也就是说，介电层301-2的表面或整体具有微结构，在施加作用力之前，上电极层301-1和下电极层301-3分别与介电层301-2之间形成的电极-电解质界面的接触面积小；而在施加触摸压力之后，由于微结构的形变，上电极层301-1和下电极层301-3分别与介电层301-2之间形成的电极-电解质界面的接触面积增加；又由于上电极层301-1和下电极层301-3分别与介电层301-2的接触区域间距d在纳米级别，因此，传感器301的电容值会随着接触面积S的增大而快速的增加，进而表现出高灵敏度。
示例性地，上电极层301-1和下电极层301-3间的电容值可以通过式(1)实现，式(1)如下：
Figure PCTCN2020124740-appb-000001
其中，C表示上电极层301-1和下电极层301-3间的电容值，ε表示介电常数，S表示上电极层301-1和下电极层301-3分别与介电层301-2的接触面积，k为静电力常量，d为上电极层301-1和下电极层301-3分别与介电层301-2间的间距。通常，上电极层301-1和下电极层301-3正对放置，其间的电场近似为平行电场，ε和k不改变；在传感器301中的介电层301-2为凝胶离子介电层时，d不变，进而C随着S的增大而增大。
在本申请实施例中，当介电层301-2为缘材料薄膜介电层时，绝缘材料薄膜介电层具有微结构，在绝缘材料薄膜介电层的微结构的作用下，通过上电极层301-1和下电极层301-3分别与绝缘材料薄膜介电层之间的距离，确定上电极层301-1和下电极层301-3之间的第二电容信息。
需要说明的是，在压力下上电极层301-1和下电极层301-3分别与介电层301-2间的间距发生变化(减小)，引起上电极层301-1和下电极层301-3间的电容值增大，实现作用在接触对象上的作用力的传感，完成接触式传感。这里，同样根据式(1)，上电极层301-1和下电极层301-3正对放置，其间的电场为平行电场，S、ε和k不改变，在介电层301-2(比如，介电层的表面或整体)的微结构的作用下，上电极层301-1和下电极层301-3间的电容值C，随着上电极层301-1和下电极层301-3分别与介电层301-2间的间距的减小而增大。
示例性地，参见图20，图20是本申请实施例提供的一种示例性的传感器灵敏度对比示意图；图20示出了上电极层中的双电极(至少两个子电极)不同结构及尺寸时所对应的传感性能信息，其中，左侧数轴为传感性能，右侧数轴为传感距离，下侧为各子上电极的结构和尺寸，结构包括圆型电极且设置为同面或异面，以及圆型电极对应不同的半径大小(图17示出的R1、R2、R3、R4和R5)，或者，双电极为叉指型电极；这里，虚线表示传感的距离信息，实线表示传感性能；图20中示出了11组至少两个子上电极301-12中每组的至少两个子上电极301-12均为双电极，组20-1至组20-5任一组中的两个子上电极301-122为异面设置的圆型电极，且其中一个子上电极外圆半径为R7.5，内圆半径为R6，组20-1至组20-5另一个子上电极的半径依次为R1、R2、R3、R4、R5；组20-6至组20-10任一组中的两个子上电极301-122为同面设置的圆型电极，且其中一个子上电极外圆半径为R7.5，内圆半径为R6，组20-6至组20-10另一个子上电极的半径依次为R1、R2、R3、R4、R5；组21中的两个子上电极301-12均为叉指型电极；易知，至少两个子上电极之间的不同结构，以及尺寸均对应不同的传感性能和传感距离。
另外，离子凝胶介电层对应的传感器301的传感性能，高于绝缘材料薄膜介电层对应的传感器301的传感性能。参见图21，图21是本申请实施例提供的一种示例性的在力的作用下不同材质的介电层对应电容变化曲线示意图；如图21所示，离子凝胶介电层随着力的增大电容变化也增大，如曲线21-1所示；绝缘材料薄膜介电层随着力的增大电容变化比较平缓，如曲线21-2所示；从而，表明离子凝胶介电层对应的传感器301的传感性能，高于绝缘材料薄膜介电层对应的传感器301的传感性能。
在本申请实施例中，传感器301的下电极层301-3为导电薄膜电极层。
需要说明的是，导电薄膜电极层为导电薄膜制作的电极；这里，导电薄膜，比如，金属箔、金属镀膜薄膜和碳布等，而金属箔，比如，铜箔、金箔或银箔等。
在本申请实施例中，传感器301能够实现对任意对象的接近式传感。例如，如图22示出的传感器对绝缘体的接近式传感曲线示意图，以及如图23示出的传感器对导体的接近式传感曲线示意图。如图22中的曲线22-1 所示，传感器301对绝缘体进行接近式传感的过程中，随着传感器与绝缘体的接近(距离信息，单位为厘米)，传感器301中的第一电容信息(电容，单位为皮法)逐渐降低。如图23中的曲线23-1所示，传感器301对导体进行接近式传感的过程中，随着传感器与导体的接近(距离信息，单位为毫米米)，传感器301中的电容变化信息(电容变化，单位为皮法)逐渐降低。
可以理解的是，本申请实施例提供的传感器实现了接近传感器的功能和触觉传感器的功能的结合，能够实现接近式传感和接触式传感两种传感层次。另外，由于传感器中采用柔性导电材料制作电极，电极的衬底采用柔性材料薄膜，以及传感器中使用柔性传感活性材料，实现了传感器整体的柔性；使得传感器整体能够完成一定的弯曲和拉伸变形，并保持传感性能的稳定；从而，本申请实施例提供的传感器体系简单、制作便捷、可直接贴附或固定在其他设备上，不会破坏其他设备的结构，不需要额外设计，传感层次多且稳定准确。
继续参见图1，本申请实施例还提供了一种智能设备200，该智能设备200包括：控制器400；与控制器400连接的传感器阵列300；其中，传感器阵列300中的每个传感器301为上述所述的传感器。
需要说明的是，通过将本申请实施例中的传感器301按照阵列进行设置，也就得到了传感器阵列300，比如，如图24所示，示出了四个传感器301组成的传感器阵列300；将该传感器阵列300作为智能设备200的柔性皮肤贴附在智能设备200的壳体上，并将该传感器阵列300与智能设备200中的控制器400连接，以通过控制器400完成传感器阵列300中每个传感器301的传感信号的获取，实现对目标对象多功能且准确的传感。
示例性地，可以将传感器阵列300大面积地贴附在机器人外表面，传感器阵列300和机器人中的处理装置(控制器)连接，也就得到了本申请实施例中的智能设备200；如此，能够实现机器人各个部位对外界全方位的传感，高密度的传感器阵列300也能够使得机器人判断出靠近物体的具体位置，真正做到机器人对工作环境的完全预警；以及，能够在物体接近时感知到并做出躲避或降速，且当机器人与物体接触后，机器人能够感知物体与机器人间的压力，避免机器人承载和施加的压力过大而造成伤害。另外，传感器阵列300可以在机器人较大面积的区域，如手臂的圆柱状外壁和机器人主干的前胸或背部；实现在较大面积上的高密度物体距离传感，高密度的传感器阵列能够使机器人较准确的感应物体的位置，进而避免机器人与周围物体的碰撞；以及，在与物体接触后，高密度的传感器能够感知不同位置的接触压力，避免局部的压力过高对机器人造成伤害。此外，传感器阵列300还可以贴附在机器人的窄小或尖端部位上，如手指等，根据具体情况设计单个传感器或简单传感器阵列进行传感，以使机器人在运行中主动感应物体并及时采取制动或避让动作，防止手指在工作中发生碰撞以及在接触之前感应到需要抓取的物体时可以采取柔顺操作而提前做出 运动规划。同时在手指抓取物体时感应抓取力的大小，智能应用合适的力去进行抓取，也规避了待抓取物体的损坏。
相应地，参见图25，对应于上述的智能设备200，本申请实施例提供了一种传感方法的一个可选流程示意图；下面将结合图25示出的步骤进行说明。
S101、当接近对象向智能设备接近时，通过控制器，获取智能设备的传感器阵列中每个传感器的电极间隙处的第一电容信息，得到第一电容信息集合。
在本申请实施例中，当接近对象与智能设备间的距离在减小时，即接近对象在向智能设备接近时，由于每个传感器包含由至少两个子上电极组成的上电极层，从而智能设备通过自身的控制器，获取到传感器阵列中每个传感器的电极间隙处的第一电容信息，也就得到了与传感器阵列对应的第一电容信息集合；这里，电极间隙为至少两个子上电极之间存在的间隙，第一电容信息集合为各个传感器对应的电极间隙处的第一电容信息所构成的集合。
S102、根据第一电容信息集合，确定与接近对象的距离信息，得到距离信息集合。
在本申请实施例中，传感器阵列中各传感器都是标注过的，从而，智能设备能够根据第一电容信息集合，获知各传感器与接近对象的距离信息，也就得到了距离信息集合；这里，距离信息集合中的距离信息与第一电容信息集合中的第一电容信息一一对应。
S103、当智能设备作用在接触对象时，通过控制器，获取在每个传感器的介电层的作用下，上电极层和下电极层之间的第二电容信息，得到第二电容信息集合。
需要说明的是，智能设备的传感器阵列中的每个传感器由介电层的两面分别连接上电极层和下电极层组成，从而，当智能设备与接触对象在相互作用时(比如，通过智能设备负载接触对象时)，能够获取到传感器阵列中的每个传感器在其介电层的作用下，上电极层和下电极层之间的第二电容信息，也就得到了与传感器阵列对应的第二电容信息集合；这里，第二电容信息集合为各个传感器对应的上电极层和下电极层之间的第二电容信息所构成的集合。
S104、根据第二电容信息集合，确定作用在接触对象的作用力，得到作用力集合。
在本申请实施例中，传感器阵列中各传感器都是标注过的，从而，智能设备能够根据第二电容信息集合，获知各传感器对接触对象的作用力，也就得到了作用力集合；这里，作用力集合中的距离信息与第二电容信息集合中的第二电容信息一一对应。
S105、根据距离信息集合和/或作用力集合，完成对目标对象的双模态 传感；目标对象包括接近对象和接触对象。
需要说明的是，智能设备能够根据距离信息集合确定接近对象的目标接近距离，也就完成了对接近对象的接近式传感，这里，目标接近距离指接触对象相对于智能设备的各个方位的距离信息；以及，智能设备能够根据作用力集合确定接触对象的目标作用力，也就完成了对接触对象的接触式传感，这里，目标作用力指接触对象相对于智能设备的各个方位的作用力。此时，智能设备也就完成了对目标对象的双模态传感；目标对象包括接近对象和接触对象。
在本申请实施例中，智能设备还可以根据目标接近距离和/或目标作用力，确定后续处理操作；比如，当目标接近距离表明智能设备与接近对象的距离较近时，进行躲避；又比如，当目标作用力表明智能设备作用在接触对象上的作用力过大时，减小作用力，实现柔顺操作。
下面，将说明本申请实施例在一个实际的应用场景中的示例性应用。
示例性一，首先，选择具有弯曲性能的导电碳布作为电极材料，通过激光切割将导电碳布切割成电极大小，来得到上电极层的双电极(至少两个子上电极)，且双电极中的每个电极(子上电极)均为叉指型电极，并将双电极的一面(第二子上电极面)贴附在聚合物薄膜(第一封装层)上。
然后，选择具有离子传感特性的电容传感活性材料作为介电层，通过加工得到表面或整体具有微结构的离子凝胶介电层，离子凝胶介电层的一面(第一介电层面)与双电极的另一面(第一子上电极面)贴附。
再后，选择铜箔作为下电极层，铜箔的一面(第一下电极层面)与离子凝胶介电层的另一面(第二介电层面)贴附；这里，铜箔，也用作上电极层的屏蔽层，屏蔽机器人(智能设备)内部的电场干扰。
最后，铜箔的另一面(第二下电极层面)也贴附在聚合物薄膜(第二封装层)上，此时，也就得到柔性的高灵敏度双模态传感的机器人皮肤。
示例性二，首先，选择具有弯曲性能的导电碳布作为电极材料，通过激光切割将导电碳布切割成电极大小，来得到上电极层的双电极(至少两个子上电极)；且双电极中的每个电极(子上电极)均为圆型电极，且双电极在上电极层上共面且共圆心设置，即设计成同心圆，并将双电极的一面(第二子上电极面)贴附在聚合物薄膜(第一封装层)上。
然后，选择具有离子传感特性的电容传感活性材料作为介电层，通过加工得到表面或整体具有微结构的离子凝胶介电层，离子凝胶介电层的一面(第一介电层面)与双电极的另一面(第一子上电极面)贴附。
再后，选择铜箔作为下电极层，铜箔的一面(第一下电极层面)与离子凝胶介电层的另一面(第二介电层面)贴附；这里，铜箔，也用作上电极层的屏蔽层，屏蔽机器人(智能设备)内部的电场干扰。
最后，铜箔的另一面(第二下电极层面)也贴附在聚合物薄膜(第二封装层)上，此时，也就得到柔性的高灵敏度双模态传感的机器人皮肤。
示例性三，首先，选择具有弯曲性能的导电碳布作为电极材料，通过激光切割将导电碳布切割成电极大小，来得到上电极层的双电极(至少两个子上电极)，且双电极中的每个电极(子上电极)均为叉指型电极，并将双电极的一面(第二子上电极面)贴附在聚合物薄膜(第一封装层)上。
然后，选择电容传感活性材料作为介电层，并通过加工得到表面或整体具有微结构的绝缘材料薄膜，得到绝缘材料薄膜介电层，绝缘材料薄膜介电层的一面(第一介电层面)与双电极的另一面(第一子上电极面)贴附。
再后，选择铜箔作为下电极层，铜箔的一面(第一下电极层面)与绝缘材料薄膜介电层的另一面(第二介电层面)贴附；这里，铜箔，也用作上电极层的屏蔽层，屏蔽机器人(智能设备)内部的电场干扰。
最后，铜箔的另一面(第二下电极层面)也贴附在聚合物薄膜(第二封装层)上，此时，也就得到柔性的高灵敏度双模态传感的机器人皮肤。
示例性四，首先，选择在聚合物(PET、PI等)薄膜上蒸镀导电金属的金属电极作为电极材料，来得到上电极层的双电极(至少两个子上电极)，且双电极中的每个电极(子上电极)均为叉指型电极，并将双电极的一面(第二子上电极面)贴附在聚合物薄膜(第一封装层)上。
然后，选择具有离子传感特性的电容传感活性材料作为介电层，通过加工得到表面或整体具有微结构的离子凝胶介电层，离子凝胶介电层的一面(第一介电层面)与双电极的另一面(第一子上电极面)贴附。
再后，选择铜箔作为下电极层，铜箔的一面(第一下电极层面)与离子凝胶介电层的另一面(第二介电层面)贴附；这里，铜箔，也用作上电极层的屏蔽层，屏蔽机器人(智能设备)内部的电场干扰。
最后，铜箔的另一面(第二下电极层面)也贴附在聚合物薄膜(第二封装层)上，此时，也就得到柔性的高灵敏度双模态传感的机器人皮肤。
示例性五，首先，选择在热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)薄膜上印刷的电极作为电极材料，来得到上电极层的双电极(至少两个子上电极)，且双电极中的每个电极(子上电极)均为叉指型电极，并将双电极的一面(第二子上电极面)贴附在聚合物薄膜(第一封装层)上。
然后，选择具有离子传感特性的电容传感活性材料作为介电层，通过加工得到表面或整体具有微结构的离子凝胶介电层，离子凝胶介电层的一面(第一介电层面)与双电极的另一面(第一子上电极面)贴附。
再后，选择铜箔作为下电极层，铜箔的一面(第一下电极层面)与离子凝胶介电层的另一面(第二介电层面)贴附；这里，铜箔，也用作上电极层的屏蔽层，屏蔽机器人(智能设备)内部的电场干扰。
最后，铜箔的另一面(第二下电极层面)也贴附在聚合物薄膜(第二封装层)上，此时，也就得到柔性的高灵敏度双模态传感的机器人皮肤。
示例性六，首先，选择在聚合物(PET、PI等)薄膜上喷涂银纳米线 的金属网络电极作为电极材料，来得到上电极层的双电极(至少两个子上电极)，且双电极中的每个电极(子上电极)均为叉指型电极，并将双电极的一面(第二子上电极面)贴附在聚合物薄膜(第一封装层)上。
然后，选择具有离子传感特性的电容传感活性材料作为介电层，通过加工得到表面或整体具有微结构的离子凝胶介电层，离子凝胶介电层的一面(第一介电层面)与双电极的另一面(第一子上电极面)贴附。
再后，选择铜箔作为下电极层，铜箔的一面(第一下电极层面)与离子凝胶介电层的另一面(第二介电层面)贴附；这里，铜箔，也用作上电极层的屏蔽层，屏蔽机器人(智能设备)内部的电场干扰。
最后，铜箔的另一面(第二下电极层面)也贴附在聚合物薄膜(第二封装层)上，此时，也就得到柔性的高灵敏度双模态传感的机器人皮肤。
可以理解的是，本申请实施例提供的传感器能够对各种不同材质的物体进行传感，包括绝缘体、导体、生物体等，并且传感器具备接近式传感和接触式传感两种传感功能，以及对对象的传感精度达到毫米级级别，空间分辨率降低到毫米级；通过阵列设置得到的柔性的传感器阵列设备能够实现高密度的传感，且能够简便的贴附智能设备(比如，机器人)表面，实现智能设备对周围环境的全方位传感。
下面继续说明本申请实施例提供的传感装置455的实施为软件模块的示例性结构，在一些实施例中，如图2所示，存储在存储器450的传感装置455中的软件模块可以包括：
第一电容获取模块4551，用于当接近对象向所述智能设备接近时，通过控制器，获取所述智能设备的传感器阵列中每个传感器的电极间隙处的第一电容信息，得到第一电容信息集合；
接近传感模块4552，用于根据所述第一电容信息集合，确定与所述接近对象的距离信息，得到距离信息集合；
第二电容获取模块4553，用于当所述智能设备作用在接触对象时，通过所述控制器，获取在所述每个传感器的介电层的作用下，所述上电极层和下电极层之间的第二电容信息，得到第二电容信息集合；
接触传感模块4554，用于根据所述第二电容信息集合，确定作用在所述接触对象的作用力，得到作用力集合；
传感模块4555，用于根据所述距离信息集合和/或所述作用力集合，完成对目标对象的双模态传感；所述目标对象包括所述接近对象和所述接触对象。
本申请实施例中，当所述介电层为离子凝胶介电层时；所述第二电容获取模块4553，还用于通过所述控制器，获取在所述每个传感器的所述离子凝胶介电层的作用下，所述上电极层和所述下电极层之间的目标正对面积；根据预设面积与电容关系，确定所述目标正对面积对应的电容，得到第一电容信息，从而得到所述第一电容信息集合。
本申请实施例中，当所述介电层为绝缘材料薄膜介电层时；所述第二电容获取模块4553，还用于通过所述控制器，获取在所述每个传感器的所述绝缘材料薄膜介电层的作用下，所述上电极层和所述下电极层之间的目标间距；根据预设间距与电容关系，确定所述目标间距对应的电容，得到第二电容信息，从而得到所述第二电容信息集合。
本申请实施例提供一种存储有可执行指令的计算机可读存储介质，其中存储有可执行指令，当可执行指令被控制器执行时，将引起控制器执行本申请实施例提供的传感方法，例如，如图25示出的传感方法。
在一些实施例中，存储介质可以是FRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、磁表面存储器、光盘、或CD-ROM等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。
在一些实施例中，可执行指令可以采用程序、软件、软件模块、脚本或代码的形式，按任意形式的编程语言(包括编译或解释语言，或者声明性或过程性语言)来编写，并且其可按任意形式部署，包括被部署为独立的程序或者被部署为模块、组件、子例程或者适合在计算环境中使用的其它单元。
作为示例，可执行指令可以但不一定对应于文件系统中的文件，可以可被存储在保存其它程序或数据的文件的一部分，例如，存储在超文本标记语言(HTML，Hyper Text Markup Language)文档中的一个或多个脚本中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者，存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。
作为示例，可执行指令可被部署为在一个计算设备上执行，或者在位于一个地点的多个计算设备上执行，又或者，在分布在多个地点且通过通信网络互连的多个计算设备上执行。
综上所述，通过本申请实施例，由于传感器包含上电极层、介电层和下电极层组成的三层传感结构，能够通过三层传感结构的电容信息传感到作用在接触对象的作用力；又因为上电极层是由至少两个子上电极组成的，能够通过至少两个子上电极之间存在的电极间隙处的电容信息传感接近对象的距离信息；如此，能够实现对目标对象的接近和接触两种方式的传感，因此，能够提升传感层次，提升传感器的传感功能的多样性。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (16)

  1. 一种传感器，包括：
    上电极层、介电层和下电极层；
    所述介电层的第一介电层面贴附在所述上电极层的第一上电极面；
    所述介电层的第二介电层面贴附在所述下电极层的第一下电极面；所述第二介电层面与所述第一介电层面对立；所述上电极层包括按照阵列排布的至少两个子上电极；其中，
    所述至少两个子上电极之间存在电极间隙，通过所述电极间隙处的第一电容信息，确定与接近对象的距离信息；
    在所述介电层的作用下，通过所述上电极层和所述下电极层之间的第二电容信息，确定作用在接触对象的作用力。
  2. 根据权利要求1所述的传感器，其中，所述传感器还包括封装层，所述封装层用于封装所述传感器中的所述上电极层、所述介电层和所述下电极层组成的三层传感结构。
  3. 根据权利要求2所述的传感器，其中，所述封装层包括第一封装层和第二封装层；其中，
    所述第一封装层，用于封装在所述上电极层的第二上电极面上；所述第二上电极面与所述第一上电极面对立；
    所述第二封装层，用于封装在所述下电极层的第二下电极面上；所述第二下电极面与所述第一下电极面对立。
  4. 根据权利要求2或3所述的传感器，其中，所述封装层为柔性材料薄膜封装层。
  5. 根据权利要求1至3任一项所述的传感器，其中，所述至少两个子上电极中的每个子上电极为叉指型电极或圆型电极。
  6. 根据权利要求1至3任一项所述的传感器，其中，所述至少两个子上电极中的每个子上电极为导电碳布电极、蒸镀金属电极、印刷电极和喷涂金属网络电极中的至少一种。
  7. 根据权利要求5所述的传感器，其中，所述每个子上电极为所述叉指型电极时，所述至少两个子上电极共面且交错设置。
  8. 根据权利要求5所述的传感器，其中，所述每个子上电极为所述圆型电极时，所述至少两个子上电极共面且共圆心设置。
  9. 根据权利要求1至3任一项所述的传感器，其中，所述介电层为离子凝胶介电层或绝缘材料薄膜介电层。
  10. 根据权利要求9所述的传感器，其中，
    当所述介电层为所述离子凝胶介电层时，所述离子凝胶介电层具有微结构，在所述离子凝胶介电层的微结构的作用下，通过所述上电极层和所 述下电极层分别与所述离子凝胶介电层之间的接触面积，确定所述上电极层和所述下电极层之间的所述第二电容信息。
  11. 根据权利要求9所述的传感器，其中，
    当所述介电层为所述绝缘材料薄膜介电层时，所述绝缘材料薄膜介电层具有微结构，在所述绝缘材料薄膜介电层的微结构的作用下，通过所述上电极层和所述下电极层分别与所述绝缘材料薄膜介电层之间的距离，确定所述上电极层和所述下电极层之间的所述第二电容信息。
  12. 根据权利要求1至3任一项所述的传感器，其中，所述下电极层为导电薄膜电极层。
  13. 一种智能设备，包括：
    控制器；
    与所述控制器连接的传感器阵列；
    所述传感器阵列中的每个传感器包括上述权利要求1至12任一项所述的传感器。
  14. 一种传感方法，所述方法由权利要求13所述的智能设备执行，包括：
    当接近对象向所述智能设备接近时，通过控制器，获取所述智能设备的传感器阵列中每个传感器的电极间隙处的第一电容信息，得到第一电容信息集合；
    根据所述第一电容信息集合，确定与所述接近对象的距离信息，得到距离信息集合；
    当所述智能设备作用在接触对象时，通过所述控制器，获取在所述每个传感器的介电层的作用下，所述上电极层和下电极层之间的第二电容信息，得到第二电容信息集合；
    根据所述第二电容信息集合，确定作用在所述接触对象的作用力，得到作用力集合；
    根据所述距离信息集合和/或所述作用力集合，完成对目标对象的双模态传感；所述目标对象包括所述接近对象和所述接触对象。
  15. 一种传感装置，包括：
    第一电容获取部分，配置为当接近对象向所述智能设备接近时，通过控制器，获取所述智能设备的传感器阵列中每个传感器的电极间隙处的第一电容信息，得到第一电容信息集合；
    接近传感部分，配置为根据所述第一电容信息集合，确定与所述接近对象的距离信息，得到距离信息集合；
    第二电容获取部分，配置为当所述智能设备作用在接触对象时，通过所述控制器，获取在所述每个传感器的介电层的作用下，所述上电极层和下电极层之间的第二电容信息，得到第二电容信息集合；
    接触传感部分，配置为根据所述第二电容信息集合，确定作用在所述 接触对象的作用力，得到作用力集合；
    传感部分，配置为根据所述距离信息集合和/或所述作用力集合，完成对目标对象的双模态传感；所述目标对象包括所述接近对象和所述接触对象。
  16. 一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，用于引起控制器执行时，实现权利要求14所述的传感方法。
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