一种基于丝网印刷的触觉传感器及其制造方法

本发明属于触觉传感器，具体提供一种基于丝网印刷的触觉传感器及其制造方法。

背景技术：

1、触觉传感器是一种模拟人类触觉对环境中的压力、剪切力、振动等多种刺激产生响应，并转化为电信号输出的器件；近年来，触觉传感器被广泛应用于机器人、智能假肢、人机接口等领域。作为电子系统与物理环境间的重要媒介，与普通压力传感器相比，触觉传感器不仅仅测量压力，更着重于识别接触位置、接触面的形状、接触方向等信息，且触觉传感器多为阵列形式，包含多个传感单元，从而实现一定区域内的触觉感知。目前，大多数触觉传感器着眼于对力的检测而忽略了对接触面形状尤其是高度信息的检测，并且缺少一种低成本大批量制造的方法。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于丝网印刷的触觉传感器及其制造方法，用以解决现有触觉传感器对接触面形状、尤其是高度信息缺乏检测的问题，以及现有触觉传感器难以低成本大批量制造的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于丝网印刷的触觉传感器，包括：薄膜基底1、底电极2、绝缘层3、衬垫4、顶电极5与梁6；其特征在于，所述底电极2设置于所述薄膜基底1上表面，且底电极两侧对称设置所述衬垫4；所述梁6为弹性可动结构，两端固定于所述衬垫4后悬浮于所述底电极2的正上方；所述顶电极5设置于所述梁6的下表面，并与所述底电极2构成传感器的电容主体，所述底电极2外表面覆盖所述绝缘层3。

4、进一步的，所述梁采用聚二甲基硅氧烷或硅胶，厚度为50～150μm。

5、进一步的，所述衬垫采用树脂材料，厚度为100～200μm。

6、进一步的，所述顶电极采用可拉伸银电极。

7、进一步的，所述薄膜基底采用聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚二甲基硅氧烷(pdms)。

8、进一步的，所述触觉传感器工作过程中，传感器受到挤压时，所述梁发生弹性形变，所述顶电极随所述梁移动，使得电容主体的容值发生变化，反映出接触面的形状变化。

9、进一步的，所述触觉传感器工作过程中，传感器在物体表面滑过时，所述梁受到物体表面纹理挤压而发生弹性形变，所述顶电极随所述梁移动，使得电容主体的容值发生变化，根据电容主体的容值信息推算表面纹理的高度信息，实现物体表面纹理的检测与复现。

10、进一步的，所述基于丝网印刷的触觉传感器的制造方法，包括以下步骤：

11、s1：清洁薄膜基底；

12、s2：在薄膜基底表面丝网印刷底电极及其导线并固化，底电极的导线位于薄膜基底表面；

13、s3：在底电极上表面丝网印刷绝缘层并固化；

14、s4：在薄膜基底表面丝网印刷衬垫并固化，循环进行多次套印使衬垫厚度达到100～200μm，衬垫位于底电极两侧；

15、s5：在衬垫之间丝网印刷牺牲层，循环进行多次套印使牺牲层与衬垫平齐，且牺牲层覆盖绝缘层；

16、s6：在牺牲层和衬垫表面丝网印刷顶电极及其导线并固化，顶电极的导线延伸至薄膜基底表面；

17、s7：在牺牲层和衬垫表面丝网印刷梁，循环进行多次套印使梁厚度达到50～150μm，且梁覆盖顶电极；

18、s8：释放牺牲层，得到所述触觉传感器。

19、进一步的，步骤s2中，丝网印刷采用导电碳浆、导电铜浆或导电银浆；步骤s3与s4中，丝网印刷采用树脂浆料，主要成分为环氧树脂、丙烯酸树脂或聚酯树脂；步骤s5中，丝网印刷采用浆料为三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、环己醇、丙二醇的混合物；步骤s6中，丝网印刷采用可拉伸银浆；步骤s7中，丝网印刷采用聚二甲基硅氧烷或硅胶。

20、进一步的，步骤s8中，释放牺牲层的过程为：浸没于50～80℃的水中超声清洗，随后在100～150℃的环境中烘干。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

22、本发明提供一种基于丝网印刷的触觉传感器及其制造方法，所述触觉传感器通过刚性衬垫形成梁式结构，将顶电极设置于弹性可动结构梁下表面，使之随梁移动，进而使得顶电极与低电极构成的电容主体的容值随梁变化，通过容值信息推算出接触面形状变化，所述触觉传感器对接触面的形状具有高灵敏度，进一步通过滑动检测或阵列检测能够实现对物体表面纹理的检测与复现；并且，基于丝网印刷的制造方法能够实现所述触觉传感器低成本、大批量的制造。

技术特征：

1.一种基于丝网印刷的触觉传感器，包括：薄膜基底(1)、底电极(2)、绝缘层(3)、衬垫(4)、顶电极(5)与梁(6)；其特征在于，所述底电极(2)设置于所述薄膜基底(1)上表面，且底电极两侧对称设置所述衬垫(4)；所述梁(6)为弹性可动结构，两端固定于所述衬垫(4)后悬浮于所述底电极(2)的正上方；所述顶电极(5)设置于所述梁(6)的下表面，并与所述底电极(2)构成传感器的电容主体，所述底电极(2)外表面覆盖所述绝缘层(3)。

2.根据权利要求1所述基于丝网印刷的触觉传感器，其特征在于，所述梁采用聚二甲基硅氧烷或硅胶，厚度为50～150μm。

3.根据权利要求1所述基于丝网印刷的触觉传感器，其特征在于，所述衬垫采用树脂材料，厚度为100～200μm。

4.根据权利要求1所述基于丝网印刷的触觉传感器，其特征在于，所述顶电极采用可拉伸银电极。

5.根据权利要求1所述基于丝网印刷的触觉传感器，其特征在于，所述薄膜基底采用聚酰亚胺(pi)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)或聚二甲基硅氧烷(pdms)。

6.根据权利要求1所述基于丝网印刷的触觉传感器，其特征在于，所述触觉传感器工作过程中，传感器受到挤压时，所述梁发生弹性形变，所述顶电极随所述梁移动，使得电容主体的容值发生变化，反映出接触面的形状变化。

7.根据权利要求1所述基于丝网印刷的触觉传感器，其特征在于，所述触觉传感器工作过程中，传感器在物体表面滑过时，所述梁受到物体表面纹理挤压而发生弹性形变，所述顶电极随所述梁移动，使得电容主体的容值发生变化，根据电容主体的容值信息推算表面纹理的高度信息，实现物体表面纹理的检测与复现。

8.根据权利要求1所述基于丝网印刷的触觉传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述基于丝网印刷的触觉传感器的制造方法，其特征在于，步骤s2中，丝网印刷采用导电碳浆、导电铜浆或导电银浆；步骤s3与s4中，丝网印刷采用树脂浆料，主要成分为环氧树脂、丙烯酸树脂或聚酯树脂；步骤s5中，丝网印刷采用浆料为三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、环己醇、丙二醇的混合物；步骤s6中，丝网印刷采用可拉伸银浆；步骤s7中，丝网印刷采用聚二甲基硅氧烷或硅胶。

10.根据权利要求8所述基于丝网印刷的触觉传感器的制造方法，其特征在于，步骤s8中，释放牺牲层的过程为：浸没于50～80℃的水中超声清洗，随后在100～150℃的环境中烘干。

技术总结本发明属于触觉传感器技术领域，具体提供一种基于丝网印刷的触觉传感器及其制造方法，用以解决现有触觉传感器对接触面形状、尤其是高度信息缺乏检测的问题。本发明中触觉传感器包括：薄膜基底1、底电极2、绝缘层3、衬垫4、顶电极5与梁6，底电极设置于所述薄膜基底上表面，且底电极两侧对称设置衬垫；梁为弹性可动结构，两端固定于衬垫后悬浮于底电极的正上方；顶电极设置于梁的下表面，并与底电极构成传感器的电容主体，底电极外表面覆盖绝缘层。综上，得益于梁式结构，本发明对接触面的形状具有高灵敏度，能够实现对物体表面纹理的检测与复现；并且，基于丝网印刷的制造方法能够实现所述触觉传感器低成本、大批量的制造。技术研发人员：张晓升,王一琳,赵佳锋,黄鹏,黄婧雯,温丫丁,闫晓剑受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25