一种多功能电子皮肤及其制作方法、平面外力检测方法技术

本申请提供一种多功能电子皮肤及其制作方法、平面外力检测方法，所述多功能电子皮肤包括平面内力检测层和位于平面内力检测层的一个表面的多个平面外力检测模组，每个平面外力检测模组包括尖端感测部和平面外力检测部，由于尖端感测部能够感测应力，发生较大形变，使得电子皮肤在受力时，能够将应力造成的形变放大并传递至平面外力检测部后，平面外力检测部上第二导电薄膜产生电信号，通过第二导电通路传递至数据处理模块进行数据处理，同时平面内力检测层上第一导电薄膜产生平面内力电信号，并通过第一导电通路也传递至所述数据处理模块进行数据处理，根据数据处理结果，计算得到电子皮肤受到的平面外力的大小和方向，从而实现平面外力检测。

A Multifunctional Electronic Skin and Its Fabrication Method and Outer Plane Force Detection Method

【技术实现步骤摘要】
一种多功能电子皮肤及其制作方法、平面外力检测方法
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种多功能电子皮肤及其制作方法、平面外力检测方法。
技术介绍
在智能交互、人体仿生、智能机器人制造等
，电子皮肤扮演着极为重要的角色。随着医学监控和人机交流等领域越来越高的需求，研发具有高灵敏度、功能更加强大来更加精确地模拟人类皮肤功能的人工电子皮肤成为了迫切需求。传感器，是电子皮肤中关键的部分，市面上的传感器大多功能单一，柔性不足，无法满足未来智能皮肤需求。同时，目前最常见的是平面内应力应变传感器，但是不适用于或不利于检测平面外力，不能很好地检测平面外力的变化。而随着智能机器人的发展，对其感测力的要求越来越高，如何提供一种具有多种功能的电子皮肤成为亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种多功能电子皮肤及其制作方法、平面外力检测方法，以解决现有技术中仅具有平面内力检测功能，没有平面外力检测功能的电子皮肤功能单一的问题，使得多功能皮肤能够同时感测内力和外力，另外通过增加设置其他结构，可以用来检测电子皮肤拉伸受压、外界温湿度、外界磁场流场变化，以及区分电子皮肤状态变化和外界影响信号。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多功能电子皮肤，包括：平面内力检测层，用于检测平面内力，所述平面内力检测层包括相对设置的第一表面和第二表面；所述平面内力检测层包括第一柔性衬底和形成在所述第一柔性衬底上的第一导电薄膜，以及第一导电通路，所述第一导电通路用于将所述第一导电薄膜上的第一应力信号传递至数据处理模块进行数据处理；位于所述第一表面上，且相对于所述第一表面凸起的多个平面外力检测模组，所述平面外力检测模组用于感应和检测平面外力；每个所述平面外力检测模组包括：尖端感测部和平面外力检测部；所述平面外力检测部位于所述平面内力检测层的第一表面上，且相对于所述平面内力检测层凸起；所述尖端感测部位于所述平面外力检测部背离所述平面内力检测层的一侧；所述平面外力检测部为轴对称结构，其对称轴与所述第一表面垂直，所述平面外力检测部包括：第二柔性衬底、多个分离的第二导电薄膜和与所述第二导电薄膜一一对应电性连接的第二导电通路；所述第二柔性衬底为由所述尖端感测部向所述平面内力检测层外扩的喇叭状；所述第二导电薄膜设置在所述第二柔性衬底背离所述平面内力检测层表面；所述第二导电通路用于将所述第二导电薄膜上的第二应力信号传递至所述数据处理模块进行数据处理。优选地，所述尖端感测部为垂直于所述第一表面设置的结构。优选地，所述尖端感测部包括分为多段的结构，其中一段的材质为感温变色材料；另一段的材质为磁流变弹性体。优选地，所述平面内力检测层表面还设置有湿度感应层。优选地，所述第一导电薄膜和所述第二导电薄膜均为线性导电物质附着在柔性衬底上形成的薄膜，所述线性导电物质包括碳纳米管、石墨烯或纳米线；所述纳米线的材质包括银、金、铜、铂、镍中的至少一种或多种组成的共混物。优选地，所述第二柔性衬底由多个三角形平面拼接形成，所述第二导电薄膜为三角形；或，所述第二柔性衬底为圆锥侧面，所述第二导电薄膜为扇形。优选地，所述第一柔性衬底和所述第二柔性衬底的材质均为硅胶。本专利技术还提供一种平面外力检测方法，应用于上面任意一项所述的多功能电子皮肤，所述平面外力检测方法包括：获取平面内力检测层上的第一导电薄膜上的第一应力信号；获取平面外力检测部上的多个第二导电薄膜上的多个第二应力信号；比较所述多个第二应力信号的大小，以其中最大第二应力信号作为平面外力值；采集预设时间段内所述第一应力信号和多个所述第二应力信号，判断所述第一应力信号和多个第二应力信号的波动类型和波动大小；根据预先建立的数据模型，判断所述平面外力的类型，所述数据模型为平面外力与波动类型、波动大小的关系模型。本专利技术还提供一种多功能电子皮肤的制作方法，用于制作形成上面任意一项所述的多功能电子皮肤，所述制作方法包括：形成第一柔性衬底和多个第二柔性衬底，其中，多个第二柔性衬底位于所述第一柔性衬底表面，且相对于所述第一柔性衬底凸起，所述第二柔性衬底为沿背离所述第一柔性衬底内缩的喇叭状；对所述第一柔性衬底上多个第二柔性衬底外的区域进行氧气等离子处理；在所述第一柔性衬底上多个第二柔性衬底外的区域上形成第一导电薄膜，在每个所述第二柔性衬底上形成相互绝缘分离的多个第二导电薄膜；在所述第一柔性衬底上多个第二柔性衬底外的区域上形成第一导电通路和第二导电通路，所述第一导电通路与所述第一导电薄膜电性连接，所述第二导电通路与所述第二导电薄膜电性连接；在所述第二柔性衬底背离所述第一柔性衬底的一端形成尖端感测部。优选地，所述在所述第一柔性衬底上多个第二柔性衬底外的区域上形成第一导电薄膜，在每个所述第二柔性衬底上形成相互绝缘分离的多个第二导电薄膜，具体包括：将线形导电物质分散液旋涂或喷涂在所述第一柔性衬底上多个第二柔性衬底外的区域上和所述第二柔性衬底上，其中，所述线形导电物质分散液为线形导电物质分散在乙醇、丙酮的有机溶剂或共混液中形成的溶液；或者，将羧酸亲水性官能团修饰的线形导电物质分散在等离子水中；再将所述等离子水滴在所述第一柔性衬底上多个第二柔性衬底外的区域上和所述第二柔性衬底上。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的多功能电子皮肤，包括平面内力检测层和位于平面内力检测层的一个表面的多个平面外力检测模组，每个平面外力检测模组包括尖端感测部和平面外力检测部，由于尖端感测部能够感测应力，发生较大形变，使得电子皮肤在受力时，能够将应力造成的形变放大并传递至平面外力检测部后，平面外力检测部上第二导电薄膜产生电信号，通过第二导电通路传递至数据处理模块进行数据处理，同时平面内力检测层上第一导电薄膜产生平面内力电信号，并通过第一导电通路也传递至所述数据处理模块进行数据处理，根据数据处理结果，计算得到电子皮肤受到的平面外力的大小和方向，从而实现平面外力检测。也就是说，本专利技术提供的多功能电子皮肤，不仅仅能够进行平面内力检测，还能够实现平面外力检测，并将平面内力检测和平面外力检测结合后得到电子皮肤受力的大小和方向。另外，本专利技术还提供一种多功能电子皮肤的制作方法，用于形成上面所述的多功能电子皮肤，由于所述多功能电子皮肤采用的是柔性衬底，从而能够满足电子皮肤的柔性要求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种多功能电子皮肤的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的另一种多功能电子皮肤的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种平面外力检测部外形结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的另一种平面外力检测部外形结构侧视图；图5为本专利技术实施例提供的另一种平面外力检测部外形结构俯视图；图6为本专利技术的实施例提供的一种平面外力检测部俯视结构示意图；图7为本专利技术的实施例提供的另一种平面外力检测部俯视结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种平面内力检测层的俯视结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
部分所述，现有技术中电子皮肤功能单一，仅能够实现平面内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能电子皮肤，其特征在于，包括：平面内力检测层(3)，用于检测平面内力，所述平面内力检测层(3)包括相对设置的第一表面和第二表面；所述平面内力检测层(3)包括第一柔性衬底和形成在所述第一柔性衬底上的第一导电薄膜，以及第一导电通路，所述第一导电通路用于将所述第一导电薄膜上的第一应力信号传递至数据处理模块进行数据处理；位于所述第一表面上，且相对于所述第一表面凸起的多个平面外力检测模组，所述平面外力检测模组用于感应和检测平面外力；每个所述平面外力检测模组包括：尖端感测部(1)和平面外力检测部(2)；所述平面外力检测部(2)位于所述平面内力检测层(3)的第一表面上，且相对于所述平面内力检测层(3)凸起；所述尖端感测部(1)位于所述平面外力检测部(2)背离所述平面内力检测层(3)的一侧；所述平面外力检测部(2)为轴对称结构，其对称轴与所述第一表面垂直，所述平面外力检测部(2)包括：第二柔性衬底、多个分离的第二导电薄膜和与所述第二导电薄膜一一对应电性连接的第二导电通路；所述第二柔性衬底为由所述尖端感测部(1)向所述平面内力检测层(3)外扩的喇叭状；所述第二导电薄膜设置在所述第二柔性衬底背离所述平面内力检测层(3)表面；所述第二导电通路用于将所述第二导电薄膜上的第二应力信号传递至所述数据处理模块进行数据处理。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能电子皮肤，其特征在于，包括：平面内力检测层(3)，用于检测平面内力，所述平面内力检测层(3)包括相对设置的第一表面和第二表面；所述平面内力检测层(3)包括第一柔性衬底和形成在所述第一柔性衬底上的第一导电薄膜，以及第一导电通路，所述第一导电通路用于将所述第一导电薄膜上的第一应力信号传递至数据处理模块进行数据处理；位于所述第一表面上，且相对于所述第一表面凸起的多个平面外力检测模组，所述平面外力检测模组用于感应和检测平面外力；每个所述平面外力检测模组包括：尖端感测部(1)和平面外力检测部(2)；所述平面外力检测部(2)位于所述平面内力检测层(3)的第一表面上，且相对于所述平面内力检测层(3)凸起；所述尖端感测部(1)位于所述平面外力检测部(2)背离所述平面内力检测层(3)的一侧；所述平面外力检测部(2)为轴对称结构，其对称轴与所述第一表面垂直，所述平面外力检测部(2)包括：第二柔性衬底、多个分离的第二导电薄膜和与所述第二导电薄膜一一对应电性连接的第二导电通路；所述第二柔性衬底为由所述尖端感测部(1)向所述平面内力检测层(3)外扩的喇叭状；所述第二导电薄膜设置在所述第二柔性衬底背离所述平面内力检测层(3)表面；所述第二导电通路用于将所述第二导电薄膜上的第二应力信号传递至所述数据处理模块进行数据处理。2.根据权利要求1所述的多功能电子皮肤，其特征在于，所述尖端感测部(1)为垂直于所述第一表面设置的结构。3.根据权利要求1所述的多功能电子皮肤，其特征在于，所述尖端感测部(1)包括分为多段的结构，其中一段的材质为感温变色材料；另一段的材质为磁流变弹性体。4.根据权利要求1所述的多功能电子皮肤，其特征在于，所述平面内力检测层表面还设置有湿度感应层。5.根据权利要求1所述的多功能电子皮肤，其特征在于，所述第一导电薄膜和所述第二导电薄膜均为线性导电物质附着在柔性衬底上形成的薄膜，所述线性导电物质包括碳纳米管、石墨烯或纳米线；所述纳米线的材质包括银、金、铜、铂、镍中的至少一种或多种组成的共混物。6.根据权利要求1所述的多功能电子皮肤，其特征在于，所述第二柔性衬底由多个三角形平面拼接形成，所述第二导电薄膜为三角形；或，所述第二柔性衬底为圆锥侧面，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚兴龙，丁丽，宣守虎，王宇，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34