用于曲面的触觉传感器及其制备方法技术

公开了一种用于具有多维曲率和小曲率半径的物体的曲面的触觉传感 器及其制备方法。该用于曲面的触觉传感器包括：下层图案，该下层图案包 括在下层方向上以一定间隔排布的多个下层聚合物膜层、排布在该下层聚合 物膜层上的下层金属层、以及排布在该下层金属层上的多个下层电阻；上层 图案，该上层图案包括在垂直于所述下层方向的方向上以一定间隔排布的多 个上层聚合物膜层、排布在该上层聚合物膜层上的上层金属层、以及排布在 该上层金属层下面的多个上层电阻，以与下层电阻电连接；以及下层聚合物 层和上层聚合物层，该下层聚合物层和上层聚合物层用于将所述下层图案和 所述上层图案彼此接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种触觉传感器及其制备方法，更具体地涉及-种用于曲面 的触觉传感器及其制备方法，其中，分别在具有优异的弯曲特性和高回复力 的上层膜和下层膜上形成金属层和电阻层，并且该上层膜和下层膜彼此垂直 地接合，从而增强柔韧性以适用于具有多维曲率和较小曲率半径的物体。
技术介绍
近来，通过接触获得关于周围环境信息的触觉功能，例如，接触力、振 动、表面粗糙度、热传导率对温度的变化等等，已经被用于高级信息采集。 能够代替触觉感知的仿生触觉传感器可以用于血管的显微手术、各种医学诊 断(例如，癌症的诊断)和治疗。此外，仿生触觉传感器可以用于在未来的 虚拟环境技术中很重要的触觉显示技术。作为仿生触觉传感器而开发的传感器包括使用在工业机器人的手腕上 的具有六个自由度的力矩传感器，和能够感测接触压力和瞬间滑动的用于机 器人的抓取的传感器。这些传感器的尺寸比较大，因而存在例如响应性低的 问题。使用制造微电子机械系统(MEMS)的技术证实了开发触觉传感器的可 能。但是，由于是使用硅晶片等来开发传感器，因此传感器不具备柔韧性。图17表示了常规的触觉传感器的一个例子，该传感器由日本东京大学 的Takao Someya及其同事于2005年开发。在这个例子中，常规的触觉传感器是通过在单层膜上进行冲压工艺而制 造的，从而实现了柔韧性和一定程度上的延展性。但是，通过冲压工艺制造的常规的触觉传感器不能使柔韧性最大化，这5是因为是对单层膜进行冲压来获得柔韧性。因此，可以将这种常规的触觉传 感器用于具有大曲率半径的球形物体。但是，由于缺乏像人类皮肤一样的柔软性，很难将其用于仿人机器人(humanoid robot)的手指或很小的球。
技术实现思路
因此，本专利技术是鉴于以上问题而做出的。本专利技术的一个目的在于提供一 种，其中，分别在具有优异的弯曲特性 和高回复力的上层聚合物膜层和下层聚合物膜层上形成多个金属层和电阻， 并且使用柔韧的聚合物材料将该上层膜和下层膜彼此接合使得聚合物膜的 信号线彼此交叉垂直，并且电阻在各个交叉点彼此连接，从而增强柔韧性以 适用于具有曲面的物体。此外，本专利技术的另一个目的是提供一种用于曲面的触觉传感器及其制备 方法，其中，大量的在上层膜和下层膜中形成的信号线为波浪形图案，然后 将上层膜和下层膜接合，从而增强在X、 Y和对角方向上(即，在所有方向 上)的延展-压縮变形，以适用于具有小曲率半径的物体。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于曲面的触觉传感器，该触觉传 感器包括下层图案，该下层图案包括在下层方向上以一定间隔排布的多个 下层聚合物膜层、排布在该下层聚合物膜层上的下层金属层、以及排布在该 下层金属层上的多个下层电阻；上层图案，该上层图案包括在垂直于下层方 向的方向上以一定间隔排布的多个上层聚合物膜层、排布在该上层聚合物膜 层上的上层金属层、以及排布在该上层金属层下面的多个上层电阻，以与下 层电阻电连接；以及下层聚合物层和上层聚合物层，该下层聚合物层和上层 聚合物层将所述下层图案和所述上层图案彼此接合。所述下层图案和所述上层图案可以被制成波浪形。所述下层金属层和所述上层金属层可以由常规的金属材料形成。此外，可以通过电镀工艺或使用电子束或溅射装置进行沉积。所述下层电阻和上层电阻可以由选自如下组中的一种形成压敏油墨、 镍铬合金(Ni-Cr)、碳黑和碳纳米管。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制备用于曲面的触觉传感器的方 法，该方法包括在下层聚合物膜层上沉积下层金属层；蚀刻所述下层金属 层和所述下层聚合物膜层以形成在某个方向上以一定间隔排布的多个下层 金属层和下层聚合物膜层；在以一定间隔排布的所述下层金属层上形成多个 下层电阻，以形成下层图案；在上层聚合物膜层上沉积上层金属层；蚀刻所 述上层金属层和所述上层聚合物膜层以形成在某个方向上以一定间隔排布 的多个上层金属层和上层聚合物膜层；在以一定间隔排布的所述上层金属层 上形成多个上层电阻，以形成上层图案；以及将所述下层图案和所述上层图 案彼此接合，以使所述下层金属层和所述上层金属层彼此垂直地交叉，并且 所述下层电阻和所述上层电阻在各个交叉点处彼此电连接。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制备用于曲面的触觉传感器的方 法，该方法包括形成下层聚合物膜层后，进行冲压工艺以形成在某个方向 上以一定间隔排布的多个下层聚合物膜层；在以一定间隔排布的所述下层聚 合物膜层上形成下层金属层；在所述下层金属层上形成多个下层电阻，以形 成下层图案；形成上层聚合物膜层后，进行冲压工艺以形成在某个方向上以 一定间隔排布的多个上层聚合物膜层；在以一定间隔排布的所述上层聚合物 膜层上形成上层金属层；在所述上层金属层上形成多个上层电阻，以形成上 层图案；以及将所述下层图案和所述上层图案彼此接合，以使所述下层金属 层和所述上层金属层彼此垂直地交叉，并且所述下层电阻和所述上层电阻在 各个交叉点处彼此电连接。在所述制备用于曲面的触觉传感器的方法中，将所述下层图案和所述上 层图案彼此接合的步骤可以包括将所述下层图案粘附到下层聚合物层上；7将所述上层图案粘附到上层聚合物层上；以及将与所述下层图案粘着的所述 下层聚合物层和与所述上层图案粘着的所述上层聚合物层叠加，使得所述下 层电阻和所述上层电阻彼此连接，并通过固化使所述下层图案与所述上层图 案接合。此外，在所述制备用于曲面的触觉传感器的方法中，将所述下层图案和 所述上层图案彼此接合的步骤可以包括将下层图案和上层图案叠加，使得 所述下层电阻和所述上层电阻彼此连接，将叠加的下层图案和上层图案装入 模具中，并向该模具中充入液态的聚合物材料，通过固化以进行接合。此外，优选地，所述上层图案和所述下层图案被制成波浪形。附图说明下面，将通过具体描述结合附图使本专利技术的上述和其它的目的、特征以 及其它优点得到更清楚的理解。图1的(A)、 (B)和(C)表示根据本专利技术的较低级实施方式的用于曲 面的触觉传感器的平面图2表示图1的(C)所示的用于曲面的触觉传感器的截面图； 图3表示根据本专利技术的较高级实施方式的用于曲面的触觉传感器的平面图4-9依次为表示根据本专利技术的较低级实施方式的制备用于曲面的触觉 传感器的方法的平面图10的(A)至图14依次为表示根据本专利技术的较高级实施方式的制备 用于曲面的触觉传感器的方法的平面图15为表示本专利技术的制备具有柔韧性的触觉传感器的方法的照片；图16为表示本专利技术的触觉传感器的信号处理的电路图；和图17表示常规的触觉传感器的一个例子。具体实施例方式下面，将结合附图对本专利技术的优选实施方式进行详细的描述。图1的(A)、 (B)和(C)表示根据本专利技术的较低级实施方式的用于曲 面的触觉传感器的平面图。图2表示图1的(C)所示的用于曲面的触觉传 感器的截面图。参见图1的(A)、 (B)和(C)，图1的(A)表示该触觉传感器的下 层图案的平面图。图1的(B)表示该触觉传感器的上层图案的背面的平面 图。图1的(C)表示将该下层图案和该上层图案结合得到的触觉传感器的 平面图。根据本专利技术的实施方式，该用于曲面的触觉传感器包括分别具有下 层聚合物膜层11和上层聚合物膜层21的下层图案1和上层图案2。在这个例子中，所述下层聚合物膜层11和上层聚合物膜层21可以由具 有高回复力和优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于曲面的触觉传感器，该触觉传感器包括：　下层图案，该下层图案包括在下层方向上以一定间隔排布的多个下层聚合物膜层、排布在该下层聚合物膜层上的下层金属层、以及排布在该下层金属层上的多个下层电阻；　上层图案，该上层图案包括在垂直于所述下层方向的方向上以一定间隔排布的多个上层聚合物膜层、排布在该上层聚合物膜层上的上层金属层、以及排布在该上层金属层下面以与所述下层电阻电连接的多个上层电阻；以及　下层聚合物层和上层聚合物层，该下层聚合物层和上层聚合物层用于将所述下层图案和所述上层图案彼此接合，使得所述下层电阻和上层电阻在各个交叉点处彼此电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金种浩，权铉埈，朴渊奎，金民锡，姜大任，崔宰赫，
申请(专利权)人：韩国标准科学研究院，
类型：发明
国别省市：KR