【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及柔性傳感器，特別是一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著機(jī)器人技術(shù)快速發(fā)展，人形機(jī)器人在工業(yè)、服務(wù)、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。為了提高人形機(jī)器人智能化水平和交互能力，對(duì)人形機(jī)器人感知系統(tǒng)提出更高要求。特別是對(duì)于振動(dòng)感知傳感器，它能夠檢測人形機(jī)器人與環(huán)境接觸和互動(dòng)，對(duì)于人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和環(huán)境適應(yīng)性至關(guān)重要。
2、現(xiàn)有振動(dòng)感知傳感器主要包括壓電、電容、電阻式等類型。盡管這些傳感器在靈敏度、響應(yīng)速度、耐用性等方面各有優(yōu)勢(shì)，但它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中仍面臨一些共同挑戰(zhàn)。例如，許多傳感器需要復(fù)雜能量收集和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，這不僅增加成本，也增加系統(tǒng)復(fù)雜性。此外，傳統(tǒng)傳感器剛性結(jié)構(gòu)限制它們?cè)谌诵螜C(jī)器人可穿戴柔性設(shè)備中應(yīng)用，這在需要人形機(jī)器人與人類密切互動(dòng)場景中尤為突出。
3、另一個(gè)挑戰(zhàn)是，現(xiàn)有傳感器在面對(duì)碰撞或沖擊時(shí)容易損壞，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失。這對(duì)于需要連續(xù)監(jiān)測應(yīng)用來說是不可接受，尤其是在人形機(jī)器人執(zhí)行復(fù)雜或危險(xiǎn)任務(wù)時(shí)。
4、為了解決上述問題，本專利技術(shù)提出一種新型人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)在人形機(jī)器人感知系統(tǒng)中遇到一系列挑戰(zhàn)。隨著機(jī)器人技術(shù)發(fā)展，尤其是在工業(yè)、服務(wù)、醫(yī)療等領(lǐng)域，對(duì)人形機(jī)器人智能化水平和交互能力要求日益提高。振動(dòng)感知傳感器作為人形機(jī)器人感知系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分，其性能直接影響到人形機(jī)
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，包括上封裝層、吸濕層、水凝膠層、石墨烯層、電極層、柔性電路板和下封裝層；
3、所述上封裝層位于傳感器頂部，用于保護(hù)傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
4、所述吸濕層設(shè)置在上封裝層下方，采用聚丙烯酸和柔性無紡布基底制成，以增強(qiáng)吸收環(huán)境中濕氣能力；
5、所述水凝膠層位于吸濕層下方，由水凝膠溶液與柔性無紡布基底制成；
6、所述石墨烯層位于水凝膠層下方，由石墨烯溶液與柔性無紡布基底制成；
7、所述電極層設(shè)置在石墨烯層下方，用于收集由水凝膠層和石墨烯層之間離子遷移產(chǎn)生電壓；
8、所述柔性電路板設(shè)置在電極層下方，內(nèi)嵌有信號(hào)放大電路和無線傳輸模塊；
9、所述下封裝層位于傳感器底部，用于保護(hù)傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且其面積大于或等于水凝膠層、石墨烯層、電極層和柔性電路板面積，以確保整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)被完全封裝。
10、在一較佳的實(shí)施例中：所述上封裝層和下封裝層均采用聚酰亞胺pi薄膜制成，以提高傳感器耐熱性和耐化學(xué)性。
11、在一較佳的實(shí)施例中：所述吸濕層具有多孔結(jié)構(gòu)，以提高其吸水和保水能力。
12、在一較佳的實(shí)施例中：所述水凝膠層、石墨烯層厚度為100-200微米，以確保傳感器靈敏度和響應(yīng)速度。
13、在一較佳的實(shí)施例中：所述電極層采用導(dǎo)電材料印刷制成，以確保良好電接觸和信號(hào)傳輸。
14、在一較佳的實(shí)施例中：所述傳感器整體厚度不超過2毫米，以確保可穿戴性和柔性。
15、在一較佳的實(shí)施例中：所述信號(hào)放大電路和無線傳輸模塊集成在柔性電路板層上，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大和無線傳輸。
16、本專利技術(shù)還提供了一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器的制備方法，包括以下步驟：
17、步驟s1、采用聚酰亞胺pi薄膜通過切割工藝形成上、下封裝層；
18、步驟s2、采用聚丙烯酸和柔性無紡布基底通過切割工藝形成吸濕層；
19、步驟s3、將無紡布基底浸入聚丙烯酸水凝膠溶液中，干燥后形成水凝膠層；
20、步驟s4、將無紡布基底浸入石墨烯分散液中，干燥后形成石墨烯層；
21、步驟s5、在石墨烯層上印刷金屬電極形成電極層；
22、步驟s6、確保柔性電路板上電極與電極層相匹配以實(shí)現(xiàn)電連接；
23、步驟s7、層疊對(duì)齊上封裝層、吸濕層、水凝膠層、石墨烯層、電極層和柔性電路板，并通過熱壓或粘合劑粘合形成傳感器主體結(jié)構(gòu)；
24、步驟s8、將下封裝層與傳感器主體結(jié)構(gòu)底部粘合，以完全封裝傳感器結(jié)構(gòu)。
25、在一較佳的實(shí)施例中：所述步驟s3具體為：
26、步驟s31、準(zhǔn)備水凝膠分散液，確保聚丙烯酸在溶液中均勻分散；
27、步驟s32、將無紡布基底緩慢浸入預(yù)熱至60°c聚丙烯酸水凝膠溶液中，持續(xù)3分鐘，以確保無紡布完全被溶液覆蓋；
28、步驟s33、取出無紡布基底，控制環(huán)境溫度在25°c下靜置5分鐘，以確保溶液被無紡布充分吸收；
29、步驟s34、重復(fù)步驟s32和步驟s33，以增強(qiáng)水凝膠層厚度和均勻性；
30、步驟s35、將處理后無紡布基底在通風(fēng)良好環(huán)境下自然干燥，或在40°c下干燥1小時(shí)，形成水凝膠層；
31、在一較佳的實(shí)施例中：所述步驟s4具體為：
32、步驟s41、準(zhǔn)備石墨烯分散液，確保石墨烯在溶液中均勻分散；
33、步驟s42、將無紡布浸入石墨烯分散液中，持續(xù)5分鐘，以確保無紡布表面均勻覆蓋石墨烯溶液；
34、步驟s43、取出無紡布，控制環(huán)境溫度在25°c下靜置5分鐘，以確保石墨烯溶液被無紡布充分吸收；
35、步驟s44、重復(fù)步驟s42和s43，以增強(qiáng)石墨烯層導(dǎo)電性和均勻性；
36、步驟s45、將處理后無紡布在通風(fēng)良好環(huán)境下自然干燥，或在40°c下干燥1小時(shí)，形成石墨烯層。
37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
38、1.本專利技術(shù)傳感器采用濕氣發(fā)電原理，傳感器在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電壓波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)靈敏感知。這種設(shè)計(jì)通過直接利用環(huán)境中濕氣作為能量來源，省去傳統(tǒng)傳感器所需外部電源，簡化能量收集和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，從而降低成本并提高系統(tǒng)可靠性。
39、2.本專利技術(shù)傳感器具有良好擴(kuò)展性和可定制性，可以根據(jù)不同應(yīng)用需求調(diào)整傳感器尺寸、形狀和材料組成，以滿足特定場景下監(jiān)測要求。這種靈活性使傳感器能夠適應(yīng)多樣化人形機(jī)器人設(shè)計(jì)和應(yīng)用需求。
40、3.本專利技術(shù)傳感器具有維護(hù)便捷性，采用模塊化設(shè)計(jì)，使在需要時(shí)可以快速更換傳感器部件，降低維護(hù)成本和時(shí)間。同時(shí)，為提高監(jiān)測準(zhǔn)確性和全面性，本專利技術(shù)傳感器系統(tǒng)還可以與其他類型傳感器集成，實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)融合，提供更全面環(huán)境信息。這種多傳感器融合技術(shù)，利用多個(gè)傳感器所獲取關(guān)于對(duì)象和環(huán)境全面、完整信息，極大增強(qiáng)人形機(jī)器人感知能力和決策效率。
41、4.本專利技術(shù)傳感器適用于高靈敏度和快速響應(yīng)應(yīng)用場景，如人形機(jī)器人平衡控制、精密操作和環(huán)境交互。傳感器設(shè)計(jì)允許其在各個(gè)方向上均能準(zhǔn)確捕捉振動(dòng)，確保對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精確監(jiān)測。這種全方位振動(dòng)感知能力，使機(jī)器人能夠更精確感知和適應(yīng)其操作環(huán)境，從而在復(fù)雜動(dòng)作執(zhí)行和交互反應(yīng)中表現(xiàn)出更高精度和可靠性。
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1.一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：包括上封裝層、吸濕層、水凝膠層、石墨烯層、電極層、柔性電路板和下封裝層；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述上封裝層和下封裝層均采用聚酰亞胺PI薄膜制成，以提高傳感器耐熱性和耐化學(xué)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述吸濕層具有多孔結(jié)構(gòu)，以提高其吸水和保水能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述水凝膠層、石墨烯層厚度為100-200微米，以確保傳感器靈敏度和響應(yīng)速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述電極層采用導(dǎo)電材料印刷制成，以確保良好電接觸和信號(hào)傳輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述傳感器整體厚度不超過2毫米，以確保可穿戴性和柔性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述信
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟S3具體為：
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟S4具體為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：包括上封裝層、吸濕層、水凝膠層、石墨烯層、電極層、柔性電路板和下封裝層；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述上封裝層和下封裝層均采用聚酰亞胺pi薄膜制成，以提高傳感器耐熱性和耐化學(xué)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述吸濕層具有多孔結(jié)構(gòu)，以提高其吸水和保水能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述水凝膠層、石墨烯層厚度為100-200微米，以確保傳感器靈敏度和響應(yīng)速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人形機(jī)器人可穿戴柔性振動(dòng)感知傳感器，其特征在于：所述電極層采用導(dǎo)電材料...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫浩，胡鴻鑫，東輝，任志英，董為，賈海超，蔡明辰，吳鷺晨，王斌輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：福州大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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