一種微小型觸覺傳感元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種微小型觸覺傳感元件，該觸覺傳感元件主要應(yīng)用于機(jī)器人觸感皮膚的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)中對機(jī)器人觸感要求的逐步提高，機(jī)器人皮膚技術(shù)得到迅速發(fā)展。
[0003]特開2002-236059號所記載的觸壓檢出的觸覺傳感器，是線圈和電容器串聯(lián)的LC共振回路。在線圈受到觸壓的時(shí)候，線圈的電感L發(fā)生變化，LC串聯(lián)回路的共振頻率也就發(fā)生變化，這里的LCR串聯(lián)回路的共振頻率能夠被檢波裝置檢測出來，成為觸感判斷的識別依據(jù)。
[0004]然而，這類觸覺傳感器不僅構(gòu)造相對復(fù)雜，而且只有當(dāng)線圈的電感L發(fā)生變化時(shí)才能引起共振頻率變化，而對于施加給觸覺傳感器微弱觸壓的情況，線圈的電感L幾乎沒有變化，相對應(yīng)的也就無法弓I起共振頻率的明顯變化，所以這類觸覺傳感器存在檢出感度低的固有缺陷。
[0005]特開2005-49331所記載的傳感元件使用二重旋卷微碳彈簧，觸壓檢出的觸覺傳感器是LCR共振回路，但由于構(gòu)成二重旋卷微碳彈簧的兩根碳絲緊密地旋卷在一起，幾乎象圓微管狀一樣，他們的伸縮性等物性很有限，構(gòu)成觸覺傳感元件的時(shí)候?qū)τ谒┘拥挠|壓不能產(chǎn)生充分的變形，也會導(dǎo)致感度不夠；而且二重旋卷微碳彈簧和基體樹脂混合的時(shí)候，其一是分散不夠充分，其二是圓筒狀的線圈里面殘留氣泡，故也存在著機(jī)械和電氣性能受限的問題。此外，還有一種高彈性的二重旋卷微碳彈簧，其雖然兩根碳絲以比較大的螺距旋卷，但是形態(tài)不夠規(guī)則，所以信號穩(wěn)定性受限，對信號穩(wěn)定性有高要求的情況下不適用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對【背景技術(shù)】中所提及的問題，本實(shí)用新型提出一種微小型觸覺傳感元件，目的在于提供電氣性能良好、感度高的觸覺傳感元件方案，在機(jī)器人皮膚等高敏度傳感應(yīng)用領(lǐng)域帶來革新性發(fā)展。
[0007]本實(shí)用新型之微小型觸覺傳感元件，包括
[0008]主體，該主體是基體樹脂和一重旋卷微碳彈簧的復(fù)合物，所述一重旋卷微碳彈簧于基體樹脂內(nèi)取向排列，并沿著其彈簧軸以一定的彈簧直徑和螺距規(guī)則地旋卷；
[0009]一對電極，與所述主體固化一體。
[0010]于本實(shí)用新型的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，所述一重旋卷微碳彈簧的碳絲直徑為
0.05-2微米，螺徑為0.1-50微米，螺距為0.1-50微米。
[0011]于本實(shí)用新型的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，所述一重旋卷微碳彈簧的碳絲直徑為
0.2-1.5微米，螺徑為1-10微米，螺距為0.25-5微米。
[0012]于本實(shí)用新型的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，所述一重旋卷微碳彈簧的添加量占主體總質(zhì)量的0.1-10%。
[0013]于本實(shí)用新型的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例當(dāng)中，所述一對電極平行放置，而所述一重旋卷微碳彈簧的取向?yàn)榕c所述一對電極相垂直的方向，或?yàn)榕c所述一對電極相垂直的方向有小于或等于15度夾角的方向。
[0014]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)越性體現(xiàn)在:應(yīng)用取向后的一重旋卷碳微彈簧和基體樹脂的復(fù)合物作為觸覺傳感元件的電容器，使用本實(shí)用新型觸覺傳感元件的觸覺傳感器可以做成小尺寸而保持高感度、信號穩(wěn)定，質(zhì)量輕、機(jī)械和電氣性能優(yōu)良，特別適用于內(nèi)創(chuàng)手術(shù)等尖端醫(yī)療器械領(lǐng)域與仿生機(jī)器人領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型之一重旋卷微碳彈簧的掃描電子顯微圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型之微小型觸覺傳感元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為一重旋卷微碳彈簧取向排列下的檢波信號圖例。
[0018]圖4為一重旋卷微碳彈簧非取向排列下的檢波信號圖例。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如下結(jié)合附圖，對本申請方案作進(jìn)一步描述:
[0020]如圖1-2所示，一種微小型觸覺傳感元件，包括
[0021]主體1，該主體1由基體樹脂11和一重旋卷微碳彈簧12的復(fù)合物，所述一重旋卷微碳彈簧12于基體樹脂1內(nèi)取向排列，并沿著其彈簧軸以一定的彈簧直徑和螺距規(guī)則地旋卷;
[0022]—對電極2，與所述主體1固化一體。
[0023]其中，所述微碳彈簧可于以下優(yōu)選范圍內(nèi)實(shí)施:
[0024]所述一重旋卷微碳彈簧的碳絲直徑為0.2-1.5微米，螺徑為1-10微米，螺距為
0.25-5 微米。
[0025]所述一重旋卷微碳彈簧12的添加量占主體1總質(zhì)量的0.1-10%。
[0026]所述一對電極2平行放置，而所述一重旋卷微碳彈簧12的取向?yàn)榕c所述一對電極2相垂直的方向，或?yàn)榕c所述一對電極2相垂直的方向有小于或等于15度夾角的方向。
[0027]上述方案中所指的基體樹脂11是一種電介質(zhì)，具有靜電容，起電容器的作用?；w樹脂11可以是硅樹脂，聚氨酯，環(huán)氧樹脂，如聚苯乙烯和熱塑性彈性體的共聚物、苯乙烯共聚物樹脂和熱塑性彈性體、Kuraray公司的Septon樹脂、大日本油墨化學(xué)(株)的液體環(huán)氧樹脂 EXA-5850-150 等。
[0028]而選用的一重旋卷微碳彈簧比緊密二重旋卷微碳彈簧螺距大，微小的觸壓都能產(chǎn)生形變，無論從哪個(gè)方向來的都會產(chǎn)生變形，由此產(chǎn)生LCR共振回路中的L、C、R、Ζ、Θ的變化，特別是沿著彈簧軸的方向的形變產(chǎn)生的電氣參數(shù)變化最大，從而能夠檢出形變量。同等條件下，一重旋卷微碳彈簧的觸覺傳感器的感度是二重旋卷微碳彈簧的觸覺傳感器的
1.5?200倍。而且，使用取向的一重旋卷微碳彈簧的觸覺傳感器的最小檢出值是二重旋卷微碳彈簧的觸覺傳感器的1.2?1000倍。
[0029]具體實(shí)施與實(shí)驗(yàn)方式:
[0030]按預(yù)計(jì)算5%重量比的一重旋卷微碳彈簧從石墨基板上割下，裝在埋有電極的金屬饒注模(長10mm，寬10mm,厚度3mm)上，切割時(shí)切割面與石墨基板平行；
[0031]將一重旋卷微碳彈簧軸向兩端拉伸固定，然后注入基體樹脂(信越化學(xué)KE103的硅樹脂，其JISA硬度為16)和硬化劑，調(diào)制放置7小時(shí)以后，固化以后構(gòu)成一重旋卷微碳彈簧的觸覺傳感元件。
[0032]于電極上施加0.5V，200KHz的電壓，并于一重旋卷微碳彈簧軸向逐步施加荷重(荷重測試值分別為1 gf、2gf、1 Ogf、20gf )，測定對應(yīng)的電氣參數(shù)。
[0033]我們一般通過顯波器Agilent-54621A對LC和R的絕對值輸出信號轉(zhuǎn)換成DC電壓進(jìn)行測定。具體是，將兩組0.5V，200KHz的交流電通過電極施加于傳感元件，其中一組交流電相對于另一組有90度的相移；兩組交流電相互疊加抵消，以得到一個(gè)平緩的信號輸出。
[0034]當(dāng)某些應(yīng)力被施加到感器元件時(shí)，一重旋卷微碳彈簧的LC和R參數(shù)將發(fā)生改變，從而調(diào)制作用于上述平緩信號以產(chǎn)生相應(yīng)的信號輸出。
[0035]如圖3所示，為一重旋卷微碳彈簧取向排列后的檢波所得信號，可以看取向排列的信號波形成型度好，靈敏度高，便于檢測與作出響應(yīng)。
[0036]同時(shí)，作為對比例，我們引入如圖4所示的一重旋卷微碳彈簧非取向排列的檢波所得信號。相比較之下可以看出，取向排列的信號波形比非取向排列的信號波形幅值波動更為明顯，提尚荷重識別的精度。
[0037]上述優(yōu)選實(shí)施方式應(yīng)視為本申請方案實(shí)施方式的舉例說明，凡與本申請方案雷同、近似或以此為基礎(chǔ)作出的技術(shù)推演、替換、改進(jìn)等，均應(yīng)視為本專利的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微小型觸覺傳感元件，其特征在于:包括 主體，該主體是基體樹脂和一重旋卷微碳彈簧的復(fù)合物，所述一重旋卷微碳彈簧于基體樹脂內(nèi)取向排列，并沿著其彈簧軸以一定的彈簧直徑和螺距規(guī)則地旋卷； 一對電極，與所述主體固化一體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微小型觸覺傳感元件，其特征在于:所述一重旋卷微碳彈簧的碳絲直徑為0.05-2微米，螺徑為0.1-50微米，螺距為0.1-50微米。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種微小型觸覺傳感元件，其特征在于:所述一重旋卷微碳彈簧的碳絲直徑為0.2-1.5微米，螺徑為1-10微米，螺距為0.25-5微米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微小型觸覺傳感元件，其特征在于:所述一重旋卷微碳彈簧的添加量占主體總質(zhì)量的0.1-10%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微小型觸覺傳感元件，其特征在于:所述一對電極平行放置，而所述一重旋卷微碳彈簧的取向?yàn)榕c所述一對電極相垂直的方向，或?yàn)榕c所述一對電極相垂直的方向有小于或等于15度夾角的方向。
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種微小型觸覺傳感元件，目的在于提供電氣性能良好、感度高的觸覺傳感元件方案，在機(jī)器人皮膚等高敏度傳感應(yīng)用領(lǐng)域帶革新性發(fā)展。本實(shí)用新型的微小型觸覺傳感元件，包括主體，該主體是基體樹脂和一重旋卷微碳彈簧的復(fù)合物，所述一重旋卷微碳彈簧于基體樹脂內(nèi)取向排列，并沿著其彈簧軸以一定的彈簧直徑和螺距規(guī)則地旋卷；一對電極，與所述主體固化一體。本實(shí)用新型應(yīng)用取向后的一重旋卷碳微彈簧和基體樹脂的復(fù)合物作為觸覺傳感元件的電容器，使用本實(shí)用新型觸覺傳感元件的觸覺傳感器感度大、質(zhì)量輕、機(jī)械和電氣性能優(yōu)良，特別適用于內(nèi)創(chuàng)手術(shù)等尖端醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【IPC分類】G01L1/14
【公開號】CN205015106
【申請?zhí)枴緾N201520474253
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】廣東雙虹新材料科技有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年7月3日