一種基于液壓力傳導的柔性觸覺傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種柔性觸覺傳感器，尤其是涉及一種基于液壓力傳導的柔性觸覺傳感器。
【背景技術】
[0002]觸覺傳感器在智能假肢和機器人手領域有著廣泛的應用需求，假肢手或機器人手為了保證各種操作(如抓取物體)的穩定可靠均需要觸覺傳感器提供觸覺反饋信息，同時為了在接觸過程中能順應物體表面形態又要求觸覺傳感器具有一定的柔性。但是，觸覺傳感器柔性易變形的要求往往導致觸覺傳感器可靠性顯著降低，尤其是觸覺傳感器的電路接線容易損壞。
[0003]目前的柔性觸覺傳感器對于電路接線的穩定性缺少考慮，電路接口還是位于觸覺傳感器反復變形的區域，沒有進行相關的保護設計；同時相應的敏感部件也因為采用了性能還不成熟的柔性材料(如聚合物纖維)，使觸覺傳感器的測量精度也偏低。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種基于液壓力傳導的柔性觸覺傳感器，能夠對觸覺傳感器的內部引線形成微環境保護，同時保證較高的檢測精度，并具備靜態、動態信號檢測能力。
[0005 ]本發明采用的技術方案是:
[0006]本發明包括柔性封裝外層以及被包裹在柔性封裝外層內的腔體陣列柔性層、固定金屬片和腔體陣列金屬基座，腔體陣列柔性層安裝在腔體陣列金屬基座上，并通過固定金屬片和螺栓固定連接;腔體陣列柔性層和腔體陣列金屬基座之間形成多個密封且相互隔離不連通的油液填充空腔，油液填充空腔充滿有作為液壓力傳導介質的傳導油液，每個油液填充空腔內的腔體陣列金屬基座底面固定有硅壓力敏感單元，并開有四個通孔，其中三個通孔中密封安裝金屬接線柱，三個接線柱中兩個接線柱孔連接電源正負端用以供電，另外一個接線柱連接敏感單元用以連接信號端。另一個通孔用于充入傳導油液并通過密封塞塞緊，金屬接線柱位于油液填充空腔內的一端經內部金線與硅壓力敏感單元連接，金屬接線柱位于油液填充空腔外的一端與外部引線連接。
[0007]所述的油液填充空腔為近圓柱形。
[0008]所述的腔體陣列金屬基座上設有多個間隔均布的凹槽，腔體陣列柔性層設有與各個凹槽對應的半球形突起，突起在凹槽上配合形成油液填充空腔，整個腔體陣列柔性層外覆蓋有固定金屬片，相鄰的兩個油液填充空腔之間的腔體陣列金屬基座頂面設有螺紋孔，相鄰的兩個油液填充空腔之間的腔體陣列柔性層和固定金屬片處均設有與螺紋孔相對應的通孔，螺栓穿過固定金屬片和腔體陣列柔性層通孔后連接到腔體陣列金屬基座。
[0009]所述的柔性封裝外層上表面具有與腔體陣列柔性層各個半球形突起對應的用于觸覺感知的微凸起陣列。
[0010]所述的腔體陣列金屬基座上的凹槽具有9個，呈3X 3方式間隔陣列均布。
[0011]所述的柔性封裝外層和腔體陣列柔性層均由柔性材料制成，固定金屬片和腔體陣列金屬基座均由剛性金屬材料制成。
[0012]所述每個油液填充空腔的腔體陣列金屬基座底面的四個通孔分別為接線柱孔和密封孔。
[0013]所述的金屬接線柱通過玻璃熔融燒結方式固定于腔體陣列金屬基座的接線柱孔中，并在金屬接線柱柱側面與接線柱孔內壁之間設有作為絕緣層的玻璃漿料。
[0014]所述的密封塞為圓柱形，圓柱面與腔體陣列金屬基座上的密封孔形成過盈配合。
[0015]所述的娃壓力敏感單元通過玻璃恪融燒結方式固定于腔體陣列金屬基座上。
[0016]所述的柔性封裝外層、腔體陣列柔性層采用硅橡膠，優選地采用聚二甲基硅氧烷(PDMS);所述的固定金屬片、腔體陣列金屬基座、金屬接線柱和密封塞材料均為不銹鋼;所述的傳導油液采用硅油。
[0017]本發明的基本工作原理是:
[0018]當所述柔性封裝外層上的微凸起陣列與物體接觸時，例如機械手抓握物體時會產生靜態接觸壓力，從而使柔性封裝外層和腔體陣列柔性層產生對應的變形；由于各個油液填充空腔內充滿不可壓縮的傳導油液，變形的腔體陣列柔性層會擠壓傳導油液，根據帕斯卡定理，傳導油液內部形成液壓力，液壓力大小通過娃壓力敏感單元測量，娃壓力敏感單元將壓力信號轉化為電信號通過內部金線、接線柱、外部引線傳輸給后續處理電路。
[0019]當所述柔性封裝外層上的微凸起與物體接觸狀態發生變化時，例如機械手抓取物體的瞬間或機械手在物體表面滑移時會產生動態接觸壓力，這種動態接觸壓力以機械波的形式依次通過柔性封裝外層、腔體陣列柔性層、傳導油液，并通過硅壓力敏感單元測量，硅壓力敏感單元將機械波信號轉化為電信號通過內部金線、接線柱、外部引線傳輸給后續處理電路。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021 ] I)采用的敏感單元為娃壓力敏感單元，靈敏度高、精度高，性能穩定可靠，且制造工藝成熟，成本低;且硅壓力敏感單元位置遠離直接變形區域，不易損壞。
[0022]2)通過液壓力的方式進行壓力傳導，內部壓力均勻分布(忽略重力產生的靜壓力)，且油液介質為硅油，物理、化學性質穩定，對敏感單元及內部引線形成微環境，隔離外部壓力的直接接觸，起到保護作用，增強傳感器的耐用性;且油液的任意形變特性也兼顧了傳感器的柔性封裝要求；
[0023]3)同時具備靜態和動態壓力信號檢測能力；
[0024]4)傳感器總體結構緊湊，方便集成于智能機器人手或假肢手。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的截面結構示意圖；
[0026]圖2是本發明的拆分立體結構示意圖；
[0027]圖3是本發明中腔體陣列柔性層的立體結構示意圖；
[0028]圖4是本發明中腔體陣列柔性層的另一個視角的立體結構示意圖；
[0029]圖5是本發明中腔體陣列金屬基座的立體結構示意圖；
[0030]圖6是本發明中腔體陣列金屬基座的俯視圖。
[0031 ]圖中:1、柔性封裝外層，2、腔體陣列柔性層，3、固定金屬片，4、腔體陣列金屬基座，
5、娃壓力敏感單元，6、金屬接線柱，7、密封塞，8、內部金線，9、夕卜部引線，10、傳導油液，11、螺栓，4a、螺紋孔，4b、接線柱孔，4c、密封孔。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0033]如圖1所示，本發明包括柔性封裝外層I以及被包裹在柔性封裝外層I內的腔體陣列柔性層2、固定金屬片3和腔體陣列金屬基座4，腔體陣列柔性層2安裝在腔體陣列金屬基座4上，并通過固定金屬片3和螺栓11固定連接;腔體陣列柔性層2和腔體陣列金屬基座4之間形成多個密封且相互隔離不連通的油液填充空腔，油液填充空腔充滿有作為液壓力傳導介質的傳導油液10，每個油液填充空腔內的腔體陣列金屬基座4底面固定有硅壓力敏感單元5，并開有四個通孔，其中三個通孔中密封安裝金屬接線柱6，另一個通孔用于充入傳導油液10并通過密封塞7塞緊，金屬接線柱6位于油液填充空腔內的一端經內部金線8與硅壓力敏感單元5連接，金屬接線柱6位于油液填充空腔外的一端與外部引線9連接。
[0034]腔體陣列柔性層2與腔體陣列金屬基座4共同構成腔體陣列。
[0035]如圖5和圖6所示，腔體陣列金屬基座4上設有多個間隔均布的圓形凹槽，如圖3和圖4所示，腔體陣列柔性層2設有與金屬基座4上各個凹槽對應的半球形突起，突起中也設有圓柱形凹槽，突起中凹槽與金屬基座4上凹槽配合形成油液填充空腔。腔體陣列柔性層2底面設有與金屬基座4上凹槽對應的圓環形突起，圓環形突起外圈尺寸與腔體陣列金屬基座4的凹槽孔內圈尺寸一致，起到定位和一定密封作用。
[0036]整個腔體陣列柔性層2外覆蓋有固定金屬片3，固定金屬片3用于夾緊腔體陣列柔性層2和腔體陣列金屬基座4，使腔體陣列柔性層2與腔體陣列金屬基座4的接觸界面上形成足夠的密封壓力，保證各個腔體中油液的密封性。
[0037]如圖2所示，從上至下依次為柔性封裝外層1、螺栓11、固定金屬片3、腔體陣列柔性層2、腔體陣列金屬基座4。如圖5和圖6所示，相鄰的兩個油液填充空腔之間的腔體陣列金屬基座4頂面設有螺紋孔4a，相鄰的油液填充空腔之間的腔體陣列柔性層2和固定金屬片3處均設有與螺紋孔4a相對應的通孔，螺栓11穿過固定金屬片3和腔體陣列柔性層2的通孔后連接到腔體陣列金屬基座4，擰緊于腔體陣列金屬基座4對應的螺紋孔4a中，使得固定金屬片
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