一种柔性三维接触力矩阵传感装置制造方法及图纸

一种柔性三维接触力矩阵传感装置，包括硅胶材质的柔性导向装置及制备方法，公共端导线，ITO薄膜，柔性导向装置，固定导电胶，PCB电路板。柔性PCB板位于传感器的最上端，与外部施加力物体接触。在柔性基板槽的内侧贴有ITO薄膜。由于施加的外力使得ITO薄膜接触面积发生变化,从而电阻发生变化。通过检测不同连接点之间电阻值变化，确定X,Y,Z方向力。若干测力单元组成测力矩阵，实现测量三维接触力。本实用新型专利技术是一种线性度好、可靠性高、处理电路简单的三维触力矩阵传感器。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种柔性三维接触力矩阵传感装置
:本技术属于传感器领域，具体涉及一种应用于压力分布检测的接触力传感器。
技术介绍
:压力分布检测可广泛的应用于汽车座椅舒适度分析，足部对地面压力分析，患者行走时的支撑力分析等领域。可在汽车及康复医疗领域利用分析的数据优化设计座椅形状，预测患者行走状态，改进患者康复训练策略。已有的国内200810018554.9公开了基于导电橡胶的柔性接触力矩阵传感器。导电橡胶材料是将炭黑、金属粉末等导电物质掺杂到橡胶中，外力变化改变分散在橡胶中导电粒子的密度从而改变电阻。其电阻变化呈非线性趋势，且在外力的影响下变化幅度较大，通常应用于开关量检测。
技术实现思路
:本技术提出一种柔性三维接触力矩阵传感装置，其目的是解决以往的方式所存在的线性度差和可靠性低的问题。技术方案:一种三维接触力矩阵传感装置，其特征在于:该装置主要由上层柔性PCB连接板，下层PCB连接板，X方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置构成；柔性PCB连接板位于装置的上端，工作时与外部施加力物体接触，下层PCB连接板设置在装置的下端，X方向柔性导向装置和I方向柔性导向装置设置在上层柔性PCB连接板与下层PCB连接板之间，X方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置均为两块面状结构搭接在一起的人字形屋脊状结构，X方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置的顶端均通过公共导线与上层柔性PCB连接板连接，X方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置的底端通过导电粘合剂固定在下层PCB连接板上；χ方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置之间排列方向为相互垂直的正交布置；在X方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置的内侧贴有ITO薄膜；X方向柔性导向装置与其内侧的ITO薄膜组成X方向柔性测力单元，y方向柔性导向装置与其内侧的ITO薄膜组成y方向柔性测力单元。多个X方向柔性测力单元排列在同一直线上组成X轴线测力部分，多个y方向柔性测力单元也排列在同一直线上组成I轴线测力部分，并且X轴线测力部分与I轴线测力部分正交排列，组成矩阵式测力结构，在该矩阵式测力结构中，X方向柔性测力单元与y方向柔性测力单元交替设置。X方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置由硅胶制备，ITO薄膜通过普通粘合剂固定在X方向柔性导向装置和I方向柔性导向装置上。所有在同一直线上的X方向柔性测力单元和y方向柔性测力单元的顶端通过上层柔性PCB连接板连接在一起，并与后端信号调理单元连接。X方向柔性导向装置和y方向柔性导向装置与下层PCB连接板之间的接触点与后端调理单元连接。公共导线为去绝缘皮铜线，公共导线与ITO薄膜连接。在ITO薄膜的顶端开有V型口。ITO薄膜的顶端形成两个接触点，两个接触点位于V型口两侧，两个接触点通过公共导线与上层柔性PCB连接板连接。上端左侧公共点，上端右侧公共点与相邻的ITO薄膜等效电阻组成一个测垂直于水平I方向测力单元及水平X方向测力单元；每两个底端接触点与相邻的ITO薄膜等效电阻组成一个垂直方向测力单元。与现有的技术相比，本技术的有益效果体现在:1，本技术采用基于硅胶材料的柔性基板作为压力形变的材料，在槽的内部贴ITO薄膜。压力的变化引起ITO薄膜接触面的变化。此种方式可使得压力与传感器电阻的变化更趋于线性化，方便调理电路设计。2，本技术中柔性支持材料、ITO导电薄膜和柔性电路板均为弹性材料，允许按实际需求弯曲，其结构可以按照不同曲面弯曲检测不同曲面的三维接触力。3，本技术接触力检测通过若干个接触力检测单元组成，方便裁剪成不同面积的接触力传感器。4，本技术每个接触力检测单元都可以实现三维接触力解耦。即使是对针对曲面检测也可以实现对曲面切向方向的接触力检测。5，本技术通过调节槽形状，硅胶材料固化剂掺杂比例及薄膜切割V槽(14)角度，获得不同柔性基板受力形变量，适应性强。【附图说明】图1为本技术的传感器三维结构示意图图2为本技术的传感器Y方向分解前视图图3电阻网络等效电阻俯视示意图图4电阻网络等效电阻侧视示意图图5传感器受到压力变化示意图图6IT0薄膜形状与导线位置示意图图7柔性导向装置模具三维示意图【具体实施方式】如图1和2所示，一种三维接触力矩阵传感装置，该装置主要由上层柔性PCB连接板1，下层PCB连接板2, X方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b构成；x方向柔性导向装置也就是横向柔性导向装置，y方向柔性导向装置也就是纵向柔性导向装置；柔性PCB连接板I位于装置的上端，工作时与外部施加力物体接触，下层PCB连接板2设置在装置的下端，X方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b设置在上层柔性PCB连接板I与下层PCB连接板2之间，X方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b均为两块面状结构搭接在一起的人字形屋脊状结构，X方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b的顶端均通过公共导线4与上层柔性PCB连接板I连接，X方向柔性导向装置3a和I方向柔性导向装置3b的底端通过导电粘合剂5固定在下层PCB连接板2上；x方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b之间排列方向为相互垂直的正交布置；在x方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b的内侧贴有ITO薄膜6 ;x方向柔性导向装置3a与其内侧的ITO薄膜组成X方向柔性测力单元8a，y方向柔性导向装置3b与其内侧的ITO薄膜组成y方向柔性测力单元Sb。每一个ITO薄膜为一个等效电阻。X方向柔性测力单元8a通过底部连接点7a和导电粘合剂5与下层pcb板2连接，y方向柔性测力单元8b的底端通过底部连接点7和导电粘合剂5与下层pcb板2连接。多个X方向柔性测力单元8a排列在同一直线上组成x轴线测力部分10a，多个y方向柔性测力单元8b也排列在同一直线上组成y轴线测力部分10b，并且X轴线测力部分IOa与y轴线测力部分IOb正交排列，组成矩阵式测力结构，在该矩阵式测力结构中，X方向柔性测力单元8a与y方向柔性测力单元8a交替设置。X方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b由硅胶制备，ITO薄膜6通过普通粘合剂固定在X方向柔性导向装置3a和Y方向柔性导向装置3b上。所有在同一直线上的X方向柔性测力单元8a和y方向柔性测力单元8b的顶端12通过上层柔性PCB连接板I连接在一起，并与后端信号调理单元连接。X方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b与下层PCB连接板2之间的接触点7与后端调理单元连接。公共导线4为去绝缘皮铜线，公共导线4与ITO薄膜6连接。在ITO薄膜6的顶端12开有V型口 14。ITO薄膜6的顶端12形成两个接触点15a，15b，两个接触点15a，15b位于V型口14两侧，两个接触点15a，15b通过公共导线4与上层柔性PCB连接板I连接。如图3所示，每两个接触点7与相邻的ITO薄膜6电阻组成一个测垂直于水平向的Z方向测力单元A ;每一个接触点7与相邻的2个ITO薄膜6电阻组成一个测水平正交X和Y方向力点单元B、C。检测力需施加在柔性上层柔性PCB连接板I上。如图5为X方向柔性导向装置3a和y方向柔性导向装置3b的形状变化，虚线为初始形状，实体为受到压力后形变后形状。下层PCB连接板2固定在平台上(如地面，移动平台等)。当本技术的传感器上层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性三维接触力矩阵传感装置，其特征在于：该装置主要由上层柔性PCB连接板（1），下层PCB连接板（2），x方向柔性导向装置（3a）和y方向柔性导向装置（3b）构成；柔性PCB连接板（1）位于装置的上端，工作时与外部施加力物体接触，下层PCB连接板（2）设置在装置的下端，x方向柔性导向装置（3a）和y方向柔性导向装置（3b）设置在上层柔性PCB连接板（1）与下层PCB连接板（2）之间，x方向柔性导向装置（3a）和y方向柔性导向装置（3b）均为两块面状结构搭接在一起的人字形屋脊状结构，x方向柔性导向装置（3a）和y方向柔性导向装置（3b）的顶端均通过公共导线（4）与上层柔性PCB连接板（1）连接，x方向柔性导向装置（3a）和y方向柔性导向装置（3b）的底端通过导电粘合剂（5）固定在下层PCB连接板（2）上；x方向柔性导向装置（3a）和y方向柔性导向装置（3b）之间排列方向为相互垂直的正交布置；在x方向柔性导向装置（3a）和y方向柔性导向装置（3b）的内侧贴有ITO薄膜（6）；x方向柔性导向装置（3a）与其内侧的ITO薄膜组成x方向柔性测力单元(8a),y方向柔性导向装置（3b）与其内侧的ITO薄膜组成y方向柔性测力单元(8b)。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性三维接触力矩阵传感装置，其特征在于:该装置主要由上层柔性PCB连接板(1)，下层PCB连接板(2), X方向柔性导向装置(3a)和y方向柔性导向装置(3b)构成；柔性PCB连接板(I)位于装置的上端，工作时与外部施加力物体接触，下层PCB连接板(2)设置在装置的下端，X方向柔性导向装置(3a)和y方向柔性导向装置(3b)设置在上层柔性PCB连接板(I)与下层PCB连接板(2)之间，X方向柔性导向装置(3a)和y方向柔性导向装置(3b)均为两块面状结构搭接在一起的人字形屋脊状结构，X方向柔性导向装置(3a)和y方向柔性导向装置(3b)的顶端均通过公共导线(4)与上层柔性PCB连接板(I)连接，X方向柔性导向装置(3a)和y方向柔性导向装置(3b)的底端通过导电粘合剂(5)固定在下层PCB连接板(2)上；x方向柔性导向装置(3a)和y方向柔性导向装置(3b)之间排列方向为相互垂直的正交布置；在X方向柔性导向装置(3a)和y方向柔性导向装置(3b)的内侧贴有ITO薄膜(6) ;x方向柔性导向装置(3a)与其内侧的ITO薄膜组成X方向柔性测力单元(8a)，y方向柔性导向装置(3b)与其内侧的ITO薄膜组成y方向柔性测力单元(Sb)。2.根据权利要求1所述的一种柔性三维接触力矩阵传感装置，其特征在于:多个X方向柔性测力单元(8a)排列在同一直线上组成X轴线测力部分(IOa)，多个y方向柔性测力单元(8b)也排列在同一直线上组成y轴线测力部分(10b)，并且X轴线测力部分(IOa)与y轴线测力部分(IOb)正交排列，组成矩阵式测力结构，在该矩阵式测力结构中，X方向柔性测力单元(8a)与y方向柔性测力单元(8a)交替设置。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：白殿春，杨俊友，温明亮，胡俊，孙柏青，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21