【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器，具体涉及一种柔性离电式三维力传感器和传感阵列。
技术介绍
1、目前，智能装配已成为现代制造业的主流发展方向。在智能装配过程中需要依托机械手及传感器实现高精度、高灵敏度操作，以应对日益复杂化的工作任务。机械手作为智能装配系统的执行单元，凭借其强大的可编程性和精确的运动控制能力，能够执行从简单搬运到复杂装配的一系列任务。而传感器，作为感知外界环境信息的“触角”，则负责实时采集并处理机械手工作过程中的各种物理量，如位置、速度、力等，为决策提供精准的数据支持。特别是在三维力感知方面，高精度的传感器能够捕捉到装配过程中微妙的力变化，确保每一个动作都恰到好处，避免因力度不当造成损坏或装配失败。
2、然而，面对日益增长的智能制造需求，传统传感器在智能装配领域的应用逐渐显露出其局限性。灵敏度不足的问题限制了传感器对细微力变化的捕捉能力，使得在精密装配中难以达到理想的控制精度；量程窄则意味着传感器在应对大范围力变化时显得力不从心，限制了其应用范围；而干扰过大则进一步加剧了数据的不准确性，影响了装配操作的稳定性和可靠性。这些问题共同作用下，不仅增加了装配过程中的不确定性，也降低了整体生产效率和产品质量，从而在一定程度上制约了智能装配技术的进一步发展和普及。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服传感器量程窄且灵敏度不足导致不能实现多种工况下智能装配的问题，提出了一种柔性离电式三维力传感器和传感阵列。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：p>
3、一种柔性离电式三维力传感器，包括穹顶结构、柔性基底、电极、绝缘间隔层和三维力敏感层，柔性基底包括第一柔性基底和第二柔性基底，电极包括第一电极和第二电极，穹顶结构设置凸起和基底，凸起的一端与基底的一面贴合，基底的另一面与第一柔性基底的一面贴合，第一柔性基底的另一面与第一电极的一面贴合，第一电极的另一面与绝缘间隔层的一面贴合，绝缘间隔层的另一面与三维力敏感层的一面贴合，三维力敏感层的一面具有分级非稳定微结构，三维力敏感层的另一面与第二电极的一面贴合，第二电极的另一面与第二柔性基底的一面贴合，三维力敏感层掺杂有导电填充物，导电填充物由离子液和导电粒子组成，电极表面喷涂微纳米导电材料和粘结剂混合物，电极和三维力敏感层均为等分为扇形的圆形。
4、一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，制得所述的一种柔性离电式三维力传感器，包括以下步骤：将穹顶结构、柔性基底、电极、绝缘间隔层和三维力敏感层按照凸起、基底、第一柔性基底、第一电极、绝缘间隔层、三维力敏感层、第二电极和第二柔性基底的顺序依次贴合；
5、凸起采用掺杂无机材料的柔性高分子聚合物材料；
6、基底采用柔性高分子聚合物材料；
7、柔性基底采用柔性高分子聚合物弹性体薄膜；
8、电极采用表面覆有微纳米导电材料的高分子聚合物薄膜，电极的制备方式具体为：微纳米导电材料与粘结剂混合均匀后喷涂于高分子聚合物薄膜表面；
9、三维力敏感层采用掺杂导电填充物的弹性体复合薄膜，掺杂导电填充物的弹性体复合薄膜中的导电填充物和弹性体的混合方式为溶剂分散。
10、进一步地，所述基底的另一面与第一柔性基底的一面贴合采用点胶，所述第一柔性基底的另一面与第一电极的一面贴合及所述第二电极的另一面与第二柔性基底的一面贴合采用热压或点胶。
11、进一步地，所述掺杂无机材料的柔性高分子聚合物材料中的无机材料选自纳米二氧化硅、六方氮化硼中的一种或多种；
12、所述柔性高分子聚合物材料选自热塑性聚氨酯类弹性体、聚二甲基硅氧烷类弹性体及聚烯烃类弹性体中的一种或多种；
13、所述柔性高分子聚合物弹性体薄膜选自热塑性聚氨酯类弹性体、聚二甲基硅氧烷类弹性体及聚烯烃类弹性体中的一种或多种；
14、所述表面覆有微纳米导电材料的高分子聚合物薄膜中的微纳米导电材料选自碳基导电物、具有金属导电性的二维无机化合物中的一种或多种；
15、所述表面覆有微纳米导电材料的高分子聚合物薄膜中的高分子聚合物薄膜选自聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜；
16、所述粘结剂采用丁苯橡胶；
17、所述掺杂导电填充物的弹性体复合薄膜中的导电填充物由离子液和导电粒子组成；
18、所述掺杂导电填充物的弹性体复合薄膜中的弹性体选自热塑性聚氨酯类弹性体、聚二甲基硅氧烷类弹性体及聚烯烃类弹性体中的一种或多种。
19、进一步地，所述碳基导电物选自单层石墨烯、多层石墨烯、炭黑、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种；
20、所述具有金属导电性的二维无机化合物采用mxene；
21、所述导电粒子采用mxene、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种；
22、所述离子液选自聚(3,4-乙撑二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺中的一种或多种。
23、一种柔性离电式三维力传感阵列，包括穹顶结构阵列、柔性基底、电极阵列、绝缘间隔层阵列和三维力敏感层阵列，柔性基底包括第一柔性基底部分和第二柔性基底部分，电极阵列包括第一电极阵列和第二电极阵列，穹顶结构阵列设置凸起阵列和穹顶基底，凸起阵列的一面与穹顶基底的一面贴合，穹顶基底的另一面与第一柔性基底的一面贴合，第一柔性基底部分的另一面与第一电极阵列的一面贴合，第一电极阵列的另一面与绝缘间隔层阵列的一面贴合，绝缘间隔层阵列的另一面与三维力敏感层阵列的一面贴合，三维力敏感层阵列的一面具有分级非稳定微结构，三维力敏感层阵列的另一面与第二电极阵列的一面贴合，第二电极阵列的另一面与第二柔性基底部分的一面贴合，三维力敏感层阵列掺杂有导电填充物，导电填充物由离子液和导电粒子组成，电极阵列的表面喷涂微纳米导电材料和粘结剂混合物。
24、一种柔性离电式三维力传感阵列的制备方法，制得所述的一种柔性离电式三维力传感阵列，包括以下步骤：将穹顶结构阵列、柔性基底、电极阵列、绝缘间隔层阵列和三维力敏感层阵列按照凸起阵列、穹顶基底、第一柔性基底部分、第一电极阵列、绝缘间隔层阵列、三维力敏感层阵列、第二电极阵列和第二柔性基底部分的顺序依次贴合；
25、凸起阵列采用掺杂无机材料的柔性高分子聚合物材料；
26、穹顶基底采用柔性高分子聚合物材料；
27、穹顶结构阵列通过在穹顶结构阵列模具中分批次刮涂掺杂无机材料的柔性高分子聚合物混合物与柔性高分子聚合物的方式制成；
28、柔性基底采用柔性高分子聚合物弹性体薄膜；
29、电极阵列采用表面覆有微纳米导电材料的高分子聚合物薄膜，电极阵列的制备方式具体为：微纳米导电材料与粘结剂混合均匀后喷涂于高分子聚合物薄膜表面，通过激光刻蚀将表面覆有微纳米导电材料的高分子聚合物薄膜图案切割得到电极阵列；
30、三维力敏感层阵列采用掺杂导电填充物的弹性体复合薄膜，三维力敏感层阵列的制备方式具体为：通过溶剂分散及倒模方式制备出掺杂导电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种柔性离电式三维力传感器，其特征在于，包括穹顶结构、柔性基底、电极、绝缘间隔层(105)和三维力敏感层(106)，柔性基底包括第一柔性基底(103)和第二柔性基底(108)，电极包括第一电极(104)和第二电极(107)，穹顶结构设置凸起(101)和基底(102)，凸起(101)的一端与基底(102)的一面贴合，基底(102)的另一面与第一柔性基底(103)的一面贴合，第一柔性基底(103)的另一面与第一电极(104)的一面贴合，第一电极(104)的另一面与绝缘间隔层(105)的一面贴合，绝缘间隔层(105)的另一面与三维力敏感层(106)的一面贴合，三维力敏感层(106)的一面具有分级非稳定微结构，三维力敏感层(106)的另一面与第二电极(107)的一面贴合，第二电极(107)的另一面与第二柔性基底(108)的一面贴合，三维力敏感层(106)掺杂有导电填充物，导电填充物由离子液和导电粒子组成，电极表面喷涂微纳米导电材料和粘结剂混合物，电极和三维力敏感层(106)均为等分为扇形的圆形。
2.一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，制得权利要求1中所述的一种柔性离电
3.根据权利要求2所述的一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，其特征在于，所述基底(102)的另一面与第一柔性基底(103)的一面贴合采用点胶，所述第一柔性基底(103)的另一面与第一电极(104)的一面贴合及所述第二电极(107)的另一面与第二柔性基底(108)的一面贴合采用热压或点胶。
4.根据权利要求2所述的一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，其特征在于，所述掺杂无机材料的柔性高分子聚合物材料中的无机材料选自纳米二氧化硅、六方氮化硼中的一种或多种；
5.根据权利要求4所述的一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，其特征在于，所述碳基导电物选自单层石墨烯、多层石墨烯、炭黑、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种；
6.一种柔性离电式三维力传感阵列，其特征在于，包括穹顶结构阵列、柔性基底、电极阵列、绝缘间隔层阵列(205)和三维力敏感层阵列(206)，柔性基底包括第一柔性基底部分(203)和第二柔性基底部分(208)，电极阵列包括第一电极阵列(204)和第二电极阵列(207)，穹顶结构阵列设置凸起阵列(201)和穹顶基底(202)，凸起阵列(201)的一面与穹顶基底(202)的一面贴合，穹顶基底(202)的另一面与第一柔性基底(203)的一面贴合，第一柔性基底部分(203)的另一面与第一电极阵列(204)的一面贴合，第一电极阵列(204)的另一面与绝缘间隔层阵列(205)的一面贴合，绝缘间隔层阵列(205)的另一面与三维力敏感层阵列(206)的一面贴合，三维力敏感层阵列(206)的一面具有分级非稳定微结构，三维力敏感层阵列(206)的另一面与第二电极阵列(207)的一面贴合，第二电极阵列(207)的另一面与第二柔性基底部分(208)的一面贴合，三维力敏感层阵列(206)掺杂有导电填充物，导电填充物由离子液和导电粒子组成，电极阵列的表面喷涂微纳米导电材料和粘结剂混合物。
7.一种柔性离电式三维力传感阵列的制备方法，制得权利要求6所述的一种柔性离电式三维力传感阵列，其特征在于，包括以下步骤：将穹顶结构阵列、柔性基底、电极阵列、绝缘间隔层阵列(205)和三维力敏感层阵列(206)按照凸起阵列(201)、穹顶基底(202)、第一柔性基底部分(203)、第一电极阵列(204)、绝缘间隔层阵列(205)、三维力敏感层阵列(206)、第二电极阵列(207)和第二柔性基底部分(208)的顺序依次贴合；
8.根据权利要求7所述的一种柔性离电式三维传感阵列的制备方法，其特征在于，所述穹顶基底(202)的另一面与第一柔性基底部分(203)的一面贴合采用点胶，所述第一柔性基底部分(203)的另一面与第一电极阵列(204)的一面贴合及所述第二电极阵列(207)的另一面与第二柔性基底部分(208)的一面贴合采用热压或点胶。
9.根据权利要求7所述的一种柔性离电式三维力传感阵列的制备方法，其特征在于，所述掺杂无机材料的柔性高分子聚合物材料中的无机材料选自纳米二氧化硅、六方氮化硼中的一种或多种；
10.根据权利要求9所述的一种柔性离电式三维力传感阵列的制备方法，其特征在于，所述碳基导电...
【技术特征摘要】
1.一种柔性离电式三维力传感器，其特征在于，包括穹顶结构、柔性基底、电极、绝缘间隔层(105)和三维力敏感层(106)，柔性基底包括第一柔性基底(103)和第二柔性基底(108)，电极包括第一电极(104)和第二电极(107)，穹顶结构设置凸起(101)和基底(102)，凸起(101)的一端与基底(102)的一面贴合，基底(102)的另一面与第一柔性基底(103)的一面贴合，第一柔性基底(103)的另一面与第一电极(104)的一面贴合，第一电极(104)的另一面与绝缘间隔层(105)的一面贴合，绝缘间隔层(105)的另一面与三维力敏感层(106)的一面贴合，三维力敏感层(106)的一面具有分级非稳定微结构，三维力敏感层(106)的另一面与第二电极(107)的一面贴合，第二电极(107)的另一面与第二柔性基底(108)的一面贴合，三维力敏感层(106)掺杂有导电填充物，导电填充物由离子液和导电粒子组成，电极表面喷涂微纳米导电材料和粘结剂混合物，电极和三维力敏感层(106)均为等分为扇形的圆形。
2.一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，制得权利要求1中所述的一种柔性离电式三维力传感器，其特征在于，包括以下步骤：将穹顶结构、柔性基底、电极、绝缘间隔层(105)和三维力敏感层(106)按照凸起(101)、基底(102)、第一柔性基底(103)、第一电极(104)、绝缘间隔层(105)、三维力敏感层(106)、第二电极(107)和第二柔性基底(108)的顺序依次贴合；
3.根据权利要求2所述的一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，其特征在于，所述基底(102)的另一面与第一柔性基底(103)的一面贴合采用点胶，所述第一柔性基底(103)的另一面与第一电极(104)的一面贴合及所述第二电极(107)的另一面与第二柔性基底(108)的一面贴合采用热压或点胶。
4.根据权利要求2所述的一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，其特征在于，所述掺杂无机材料的柔性高分子聚合物材料中的无机材料选自纳米二氧化硅、六方氮化硼中的一种或多种；
5.根据权利要求4所述的一种柔性离电式三维力传感器的制备方法，其特征在于，所述碳基导电物选自单层石墨烯、多层石墨烯、炭黑、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种；
6.一种柔性离电式三维力传感阵列，其特征在于，包括穹顶结构阵列、柔...
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