本發(fā)明屬于電子皮膚領(lǐng)域，特別是一種多維力觸覺感知電子皮膚及制備方法。

背景技術(shù)：

1、機器人在人類生活中扮演著越來越重要的角色，從實驗室逐漸走到工廠再到家居生活。評估決定機器人能夠成為人類生活中的智能化程度的一個重要指標就是機器人的操作能力。觸覺傳感器作為機器人與外界交互的媒介，使得機器人實現(xiàn)自我感知和反饋操作，更好的完成類似物體識別、操作狀態(tài)判斷、碰撞檢測等任務(wù)。而日常各種操作任務(wù)中，不僅要求傳感器能夠感知壓力，還要能夠感知切力，甚至是扭矩。除此之外，傳感器還應(yīng)該具備一定的柔性和延展性，能夠?qū)崿F(xiàn)類皮膚組織的緩沖保護作用?，F(xiàn)有的磁性薄膜通常是磁性顆粒與高分子聚合物混合而成的整體性薄膜。這類磁膜通常存在磁化不均勻和磁場強度弱等問題，導(dǎo)致陣列化的傳感器定位精度差、靈敏度差和分辨率低等問題，由于連續(xù)性磁膜磁場的分布不均和復(fù)雜性，使得傳感器的標定也變得復(fù)雜。目前電子皮膚存在通常只能檢測單一方向的壓力、靈敏度低、標定困難、工藝要求高等問題。

2、在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅用于增強對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種多維力觸覺感知電子皮膚及制備方法,?具備空間多維力動靜態(tài)識別，高靈敏、柔性好。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)，一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法包括：

3、柔性印刷電路板上陣列分布多個tmr元件；

4、硅橡膠基底粘貼于陣列有多個tmr元件的柔性印刷電路板上；

5、制備釹鐵硼-pdms磁體塊，其中，釹鐵硼-pdms磁體塊由釹鐵硼磁性粒子和聚二甲基硅氧烷混合而成；

6、制備pdms保護層，將pdms主劑和固化劑按照5：1進行混合攪拌，放在超聲波振蕩器中振蕩后倒入保護層的模具中，之后一起放在真空箱中進行抽真空處理，在此之后進行超聲震蕩，最后放在固化箱固化冷卻得到pdms保護層；

7、pdms保護層與釹鐵硼-pdms磁體塊通過pdms預(yù)聚體進行粘接后層疊于所述硅橡膠基底上，使得釹鐵硼-pdms磁體塊位于硅橡膠基底與pdms保護層之間。

8、所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法中，制備釹鐵硼-pdms磁體塊中，將釹鐵硼磁性粒子與pdms預(yù)聚體以2：1的比例混合，?放入超聲攪拌機攪拌30-60分鐘得到釹鐵硼-pdms預(yù)聚體；在磁性塊模具中噴涂一層pdms脫模劑，隨后將釹鐵硼-pdms預(yù)聚體倒入磁性塊模具中，將磁性塊模具置于由兩個永磁體構(gòu)成的恒定磁場空間設(shè)備中，之后再將整個設(shè)備置于高溫固化箱中固化冷卻，最后在磁場空間下沿厚度方向進行充磁。

9、所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法中，將磁性塊模具置于由兩個永磁體構(gòu)成的恒定200mt的磁場空間設(shè)備中，之后再將整個設(shè)備置于高溫固化箱中，80°恒溫固化2小時，然后再室溫下冷卻2小時，最后在5t的磁場空間下，沿厚度方向進行充磁。

10、所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法中，將pdms主劑和固化劑按照5：1進行混合，之后用玻璃棒攪拌10分鐘，緊接著放在超聲波振蕩器中振蕩2分鐘，然后將pdms倒入上層-保護層的模具中，之后將整體放在真空箱中進行抽真空處理，-0.09mpa下保持2分鐘，在此之后進行超聲震蕩5分鐘，最后放在高溫固化箱，80°恒溫固化2小時，最后后再室溫下冷卻2小時。

11、所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法中，所述pdms預(yù)聚體由比例為8：1pdms主劑與固化劑混合，放入超聲攪拌機攪拌得到pdms預(yù)聚體。

12、一種多維力觸覺感知電子皮膚根據(jù)所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法的制備。

13、所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚中，16個tmr元件以4×4陣列分布在柔性印刷電路板。

14、所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚中，釹鐵硼-pdms磁體塊尺寸為3mm×2.5mm×2mm，硅橡膠基底厚度為4mm-5mm，tmr元件為z軸磁敏方向，尺寸為2.95mm×?1.65mm×1.45mm。

15、所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚中，釹鐵硼磁性粒子的粒徑為1～2μm。

16、所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚中，釹鐵硼-pdms磁體塊的排布方式為n、s相間排布。

17、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明利用剩磁大，內(nèi)稟矯頑力低的釹磁鐵粉末和彈性模量大額pdms制成磁性塊作為磁場源，高靈敏度、低功耗、溫度不敏感的tmr元件作為感知元件形成電子皮膚。根據(jù)不同受力下，磁敏元件的輸出電壓特征和大小，來實現(xiàn)對于力/力矩的識別和定位，將16個tmr元件以4×4h焊接在fpcb上，使得傳感器具備一定的柔性，便于傳感器粘貼在機械手上。在tmr元件上布置磁性塊，保證了每個tmr元件能夠處于較高的磁場變化區(qū)間，從而提高觸覺傳感器的靈敏度和分辨率。單個磁性塊的布置，使得tmr感知模型變得更簡單，更容易標定，無需考慮其他雜散磁場?；趐dms保護層的連續(xù)性，即便是兩個磁性塊的中間承受外界力，相鄰的磁性塊也會發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對力實現(xiàn)更高分辨率的定位。傳感器采用柔性可拉伸的tpu基底，能夠很輕易粘貼在各種曲面上，磁性塊與pdms保護層通過pdms預(yù)聚體相連接，由于聚合物具備相同的官能團，使得磁性塊和pdms保護層能夠緊密相連。

技術(shù)特征：

1.一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法，其特征在于，優(yōu)選的，制備釹鐵硼-pdms磁體塊中，將釹鐵硼磁性粒子與pdms預(yù)聚體以2：1的比例混合，?放入超聲攪拌機攪拌30-60分鐘得到釹鐵硼-pdms預(yù)聚體；在磁性塊模具中噴涂一層pdms脫模劑，隨后將釹鐵硼-pdms預(yù)聚體倒入磁性塊模具中，將磁性塊模具置于由兩個永磁體構(gòu)成的恒定磁場空間設(shè)備中，之后再將整個設(shè)備置于高溫固化箱中固化冷卻，最后在磁場空間下沿厚度方向進行充磁。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法，其特征在于，將磁性塊模具置于由兩個永磁體構(gòu)成的恒定200mt的磁場空間設(shè)備中，之后再將整個設(shè)備置于高溫固化箱中，80°恒溫固化2小時，然后再室溫下冷卻2小時，最后在5t的磁場空間下，沿厚度方向進行充磁。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法，其特征在于，將pdms主劑和固化劑按照5：1進行混合，之后用玻璃棒攪拌10分鐘，緊接著放在超聲波振蕩器中振蕩2分鐘，然后將pdms倒入上層-保護層的模具中，之后將整體放在真空箱中進行抽真空處理，-0.09mpa下保持2分鐘，在此之后進行超聲震蕩5分鐘，最后放在高溫固化箱，80°恒溫固化2小時，最后后再室溫下冷卻2小時。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法，其特征在于，所述pdms預(yù)聚體由比例為8：1pdms主劑與固化劑混合，放入超聲攪拌機攪拌得到pdms預(yù)聚體。

6.一種多維力觸覺感知電子皮膚，其特征在于，其根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚的制備方法的制備。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚，其特征在于，16個tmr元件以4×4陣列分布在柔性印刷電路板。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚，其特征在于，釹鐵硼-pdms磁體塊尺寸為3mm×2.5mm×2mm，硅橡膠基底厚度為4mm-5mm，tmr元件為z軸磁敏方向，尺寸為2.95mm×?1.65mm×?1.45mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚，其特征在于，釹鐵硼磁性粒子的粒徑為1～2μm。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多維力觸覺感知電子皮膚，其特征在于，釹鐵硼-pdms磁體塊的排布方式為n、s相間排布。

技術(shù)總結(jié)
公開了多維力觸覺感知電子皮膚及制備方法。方法中，柔性印刷電路板上陣列分布多個TMR元件；硅橡膠基底粘貼于陣列有多個TMR元件的柔性印刷電路板上；制備釹鐵硼?PDMS磁體塊，釹鐵硼?PDMS磁體塊由釹鐵硼磁性粒子和聚二甲基硅氧烷混合而成；制備PDMS保護層，將PDMS主劑和固化劑按照5：1進行混合攪拌，放在超聲波振蕩器中振蕩后倒入保護層的模具中，之后一起放在真空箱中進行抽真空處理，在此之后進行超聲震蕩，最后放在固化箱固化冷卻得到PDMS保護層；PDMS保護層與釹鐵硼?PDMS磁體塊通過PDMS預(yù)聚體進行粘接后層疊于硅橡膠基底上，使得釹鐵硼?PDMS磁體塊位于硅橡膠基底與PDMS保護層之間。

技術(shù)研發(fā)人員：孫瑜,汪領(lǐng),楊來浩,劉乙雪,孫宇軒
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19