用于窥镜机器人的柔性传感器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于窥镜机器人的柔性传感器，其包括柔性敏感层，所述柔性敏感层的上、下端面上分别形成有上、下电极层，并且所述柔性敏感层的上、下端面中的至少一者具有非平面结构，同时所述柔性敏感层与上电极层或下电极层之间还设置有柔性支撑层，所述柔性敏感层与柔性支撑层的厚度之和小于70μm。本发明专利技术还提供了一种机器人，特别是一种窥镜机器人系统。本发明专利技术的柔性传感器具有高灵敏度、高稳定性、低检测限、低成本和优异的弯曲柔韧性能，能够与不同结构的机器人良好结合，进一步的，由所述柔性传感器构建的机器人还可实现智能化移动、探测等操作，以及实现良好的人机智能交互，进而精确、高效、安全、舒适、实时的实现临床检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仿生传感器，特别涉及一种用于窥镜机器人的柔性传感器及窥镜机器人，属于传感器及人机交互

技术介绍
二十世纪九十年代起，国际先进机器人计划(IARP)已召开过多届医疗外科机器人研讨会DARPA己经立项，开展基于遥控操作的外科研究，用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之一。在发达国家已经出现医疗外科手术机器人市场化产品，并在临床上开展了大量的病例应用研究。随着科学技术的发展,特别是计算机技术的发展,医用机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。外科手术辅助导航系统作为外科医生的第三只眼,可以让手术医师看到手术部位的内部结构,避免了因医生经验不足而造成的手术失误,使手术更安全、更可靠、更精确、更科学,具有极其广阔的应用前景。现在，它已经成功地应用到神经外科、整形外科、泌尿科、脊椎、耳鼻喉科、眼科、膝关节切除以及腹腔镜等众多领域中。受到医生和患者的普遍欢迎,是医疗外科机器人发展的必然趋势。随着人们研究领域的不断扩大，越来越多的人开始意识到，传统的刚性机器人在完成一些复杂工作时难以达到要求，所以人们将目光转向具有柔性的机器人，试图在机器人上加入柔性传感器以完成特定的工作，尤其在仿生机器人上，柔性的加入更是其区别与传统工业机器人的亮点。而且，饮食结构改变、环境污染、精神压力等因素对人类的健康产生了消极影响，许多人遭受胃炎、肠道炎以及肠道癌等肠道疾病的困扰。作为定性诊断和治疗肠胃疾病的医疗器械，内窥镜在人体肠胃性病变的诊断方面具有重要价值。然而，传统窥镜不具备感知能力，无法判别碰壁的方向和应力的大小，以至于探头无法通过、损伤肠胃组织甚至出现“穿孔”事故，造成病人不适和痛苦。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种用于窥镜机器人的柔性传感器及其应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术的一实施方案之中提供了一种用于窥镜机器人的柔性传感器，其包括柔性敏感层，所述柔性敏感层的上、下端面上分别形成有上、下电极层，并且所述柔性敏感层的上、下端面中的至少一者具有非平面结构，同时所述柔性敏感层与上电极层或下电极层之间还设置有柔性支撑层，所述柔性敏感层与柔性支撑层的厚度之和小于70μm。较为优选的，所述柔性传感器的整体厚度小于70μm。本专利技术的另一实施方案之中还提供了所述柔性传感器的用途。例如，其中一种典型的用途包括：提供了一种机器人，其包含所述的柔性传感器。更为具体的，本专利技术的一实施案例中提供了一种窥镜机器人系统，其包含：所述的柔性传感器，用以采集外界压力信号，数据处理模块，用以接收和处理所述压力信号，并发出控制指令，执行模块，用以接收所述控制指令，并执行相应任务，以及，显示模块，至少用以显示所述压力信号、数据处理模块输出的分析数据、执行模块的作动状态中的一种或两种以上的组合。其中，所述柔性传感器与数据处理模块之间还可连接有滤波模块、信号放大模块、A/D转换模块中的任一种或两种以上的组合。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：提供的柔性传感器具有高灵敏度、高稳定性、低检测限、低成本等特点，尤其是还具有优异的弯曲柔韧性能，易于机器人“穿戴”，能够与不同结构的机器人均良好结合，进而可有效克服传统机器人无感知能力、低灵敏度的缺陷；进一步的，由所述柔性传感器与数据处理单元、执行单元等构建的机器人，例如窥镜机器人等还可实现智能化移动、探测等操作，以及实现良好的人机智能交互，进而精确、高效、安全、舒适、实时的实现临床检测。附图说明图1为本专利技术一典型实施例中一种柔性传感器的结构示意图；图2是本专利技术一典型实施例中应用所述柔性传感器的一种内窥镜机器人系统的结构框图；图3是本专利技术一典型实施例中一种柔性传感器与机器蛇的结合示意图；图4所示结肠内窥镜机器人系统的检测信号图。具体实施方式本专利技术的一个方面提供了一种用于窥镜机器人的柔性传感器，其包括柔性敏感层，所述柔性敏感层的上、下端面上分别形成有上、下电极层，并且所述柔性敏感层的上、下端面中的至少一者具有非平面结构。进一步的，所述柔性敏感层与上电极层或下电极层之间还设置有柔性支撑层。优选的，所述柔性敏感层的厚度为2～50μm。优选的，所述柔性支撑层的厚度为1～100μm。尤为优选的，所述柔性敏感层与柔性支撑层的厚度之和小于70μm，如此可使所述柔性传感器具备与人体皮肤基本相同的柔软度，且重量轻，具有良好的可帖附性和可穿戴性，能直接与皮肤黏合。其中，所述柔性敏感层的材料可优选为PDMS(聚二甲基硅氧烷)或其他高分子材料，例如聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯中的任意一种或多种。其中，所述柔性支撑层至少选自聚乙烯(PE)薄膜、聚氯乙烯(PVC)薄膜、聚偏二氯乙烯(PVDC)薄膜。更为优选的，所述柔性传感器的整体厚度小于70μm。在一实施方案之中，所述非平面结构包括复数个相对凸起部和/或相对凹下部。例如，所述非平面结构可以包括复数个凸伸的锥体，或者也可以为圆柱体、棱柱体或其它非规则形状的凸起部。在一典型实施方案之中，所述锥体的底面为10μm×10μm的正方形，侧面与底面的夹角为54.7°，锥体高度为7.06μm。在其他实施例中，所述柔性敏感层上端面的形状也可以为波浪状等其他非平面结构。其中，所述上、下电极层的材料可选自金、铂、镍、银、铟、铜、碳纳米管、石墨烯、银纳米线中的一种或多种的组合，但不限于此。其中，所述上、下电极层可均采用纳米尺度的，例如厚度可以在100nm以下，当然也可以依据实际需求而适当调整。进一步的，在所述上、下电极层上还可通过粘压、焊接等方式加载引出电极，例如，厚度约0.08mm的、兼顾柔性和韧性的导电无纺布，主要由直径约0.1mm漆包线组成的，厚度约20μm且带有压敏胶粘剂的扁平铜箔胶带，厚度约10μm的柔韧超薄铜箔。进一步的，在所述上、下电极层上还可设置保护层，其厚度优选小于10μm。所述柔性传感器中敏感层、支撑层及电极层等的面积、厚度、固化条件等均可依据实际应用的需求而优化，使之能与不同基底很好的结合在一起，并使灵敏度达到最佳。本专利技术的另一个方面提供了一种机器人，其包含所述的柔性传感器。进一步的，本专利技术提供了一种窥镜机器人系统，其包含：所述的柔性传感器，用以采集外界压力信号，数据处理模块，用以接收和处理所述压力信号，并发出控制指令，执行模块，用以接收所述控制指令，并执行相应任务，以及，显示模块，至少用以显示所述压力信号、数据处理模块输出的分析数据、执行模块的作动状态中的一种或两种以上的组合。进一步的，所述柔性传感器与数据处理模块之间还可连接有滤波模块、信号放大模块、A/D转换模块中的任一种或两种以上的组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1所示，本实施例一典型实施例中的一种柔性传感器包括柔性支撑层1、形成于支撑层1上端面的柔性的敏感层2，以及分别形成于敏感层2上端面和支撑层1下端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于包括柔性敏感层，所述柔性敏感层的上、下端面上分别形成有上、下电极层，并且所述柔性敏感层的上、下端面中的至少一者具有非平面结构，同时所述柔性敏感层与上电极层或下电极层之间还设置有柔性支撑层，所述柔性敏感层与柔性支撑层的厚度之和小于70μm。

【技术特征摘要】
1.一种用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于包括柔性敏感层，所述柔性敏感层的上、下端面上分别形成有上、下电极层，并且所述柔性敏感层的上、下端面中的至少一者具有非平面结构，同时所述柔性敏感层与上电极层或下电极层之间还设置有柔性支撑层，所述柔性敏感层与柔性支撑层的厚度之和小于70μm。2.根据权利要求1所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述柔性敏感层的厚度为2～50μm。3.根据权利要求1所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述非平面结构包括复数个相对凸起部和/或相对凹下部。4.根据权利要求3所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述非平面结构包括复数个凸伸的锥体，所述锥体的底面为10μm×10μm的正方形，侧面与底面的夹角为54.7°，锥体高度为7.06μm。5.根据权利要求1所述的用于窥镜机器人的柔性传感器，其特征在于所述柔性传感器的整体厚度小于70μm。6.根据权利要求1所述的用于窥...

【专利技术属性】
技术研发人员：张珽，于文秀，秦素洁，熊作平，王学文，谷文，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32