一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤

摘要

本发明公开了一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤。包括柔性上基底层、顶部电极层、粘合层、压力敏感层、温度‑接近复合敏感层和柔性下基底层从上到下依次紧密组装；压力敏感层与顶部电极层和温度‑接近复合敏感层共同实现压力感知；压力敏感层作为压敏电容的电介质；顶部电极层作为压敏电容的顶电极；温度‑接近复合敏感层在作为压敏电容的底电极的同时，其电阻值用于温度感知，其对地电容值用于物体的接近感知。本发明的制备基于可打印方案，有着轻薄、可定制、加工条件温和的优点，可作为工业生产、居家护理等场景中的人机交互接口，仅用三层功能材料即可实现压力感知、温度感知和接近感知的功能。

权利要求

1.一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：

主要由柔性上基底层(1)、顶部电极层(2)、粘合层(3)、压力敏感层(4)、温度‑接近复合敏感层(5)和柔性下基底层(6)从上到下依次紧密组装构成；

所述的温度‑接近复合敏感层(5)主要由阵列均匀分布、彼此之间串联的至少一个电极单元(501)构成，形成电极阵列(502)；

所述的压力敏感层(4)包含阵列均匀分布的至少四个电介质单元；

所述的顶部电极层(2)包含阵列均匀分布的至少四个电极单元，每个电极单元被单独的引线电引出；

温度‑接近复合敏感层(5)的电极单元(501)四角的正上方分别布置有一个压力敏感层(4)的电介质单元，每个电介质单元正上方设置一个顶部电极层(2)的电极单元；

温度‑接近复合敏感层(5)的所有电极单元(501)外周围设有外框，外框将所有电极单元(501)围在内部并且串联形成温度‑接近复合敏感层的电极阵列(502)；

温度‑接近复合敏感层被用于三种感知模态：在温度感知中，温度‑接近复合敏感层的单个电极单元(501)构成一个独立的温敏电阻；在接近感知中，联接温度‑接近复合敏感层的所有电极单元(501)的外框构成自电容的极板；在压力感知中，温度‑接近复合敏感层的电极单元(501)构成压敏电容的底电极，温度‑接近复合敏感层的每个电极单元(501)上方均有四个独立的压力敏感层的电介质单元和顶部电极层的电极单元。

2.根据权利要求1所述的一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：所述的温度‑接近复合敏感层(5)，设置4个电极单元(501)后，沿周向方向在每两个相邻的电极单元(501)外边缘之间通过各自的导电通路连接，且在其中一个导电通路处设置缺口使得该导电通路断开。

3.根据权利要求1所述的一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：所述的电介质单元采用柔性材料制成，由平面和在平面上阵列均匀分布的多个凸起构成，形成点阵状电介质单元。

4.根据权利要求1所述的一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：所述的顶部电极层(2)、压力敏感层(4)和温度‑接近复合敏感层(5)均由功能墨水打印制成，其余的柔性上基底层(1)、粘合层(3)和柔性下基底层(6)均为薄膜材料。

5.根据权利要求1所述的一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：所述的柔性机器人皮肤是将载有顶部电极层(2)的柔性上基底层(1)翻转贴合到载有粘合层(3)、压力敏感层(4)、温度‑接近复合敏感层(5)的柔性下基底层(6)上，靠粘合层(3)的粘性进行固定连接而组装形成。

6.根据权利要求5所述的一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：所述压力敏感层(4)通过气压式点胶方式沉积在温度‑接近复合敏感层(5)的表面。

7.根据权利要求5所述的一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：所述顶部电极层(2)以及引线通过气压式点胶方式沉积在柔性上基底层(1)的表面。

8.根据权利要求5所述的一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：所述温度‑接近复合敏感层(5)的电极阵列(502)通过压电式喷墨打印方法沉积在柔性下基底层(6)的表面。

9.根据权利要求5所述的一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其特征在于：所述温度‑接近复合敏感层(5)的每个电极单元(501)上均设置有相同性质的镂空槽。

说明书

一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤

技术领域

[0001] 本发明涉及柔性传感器技术领域的一种柔性皮肤，具体是一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤。

背景技术

[0002] 服务型机器人正在逐渐进入我们的生产和生活，对人类社会发展起着日益重大的影响。协作机器人应用设计规范ISO TS 15066表明，人机交互越密切，设计要求就越高。频繁而复杂的人机交互场景对机器人的感知功能提出了更高层次的要求。仿生学是机器人领域的研究热点。触觉感知和温度感知，是生物体适应环境变化的基础手段。常规意义上的触觉包括对压力、剪切力、纹理等变量的感知。触觉传感器可辅助服务型机器人在非结构化的环境下完成预期动作、进行人与机器人安全交互。温度传感器可以辨识环境中的热源和冷源，使得机器人可以区分人与环境中的物体，进行有针对性的交互。模仿生物的触觉感知和温度感知，并在机器人皮肤中集成接近传感器，可以使机器人识别外界物体从接近到接触其本体的整个过程，进而胜任更复杂的工作场景，也有利于保证人机交互过程中的本质安全。

[0003] 目前，被大面积应用的机器人皮肤多是基于传统的硅基电路，具有笨重、僵硬、不方便根据应用场景进行定制的缺点。结合打印工艺和柔性功能材料，通过在柔性基底上沉积薄膜来制得机器人皮肤，是一种可行的替代方案。然而，已有的可打印方案大多需要掩模版等媒介参与其中，生产的灵活性不高。此外，已有的柔性机器人皮肤，大多只有1到2种感知模态，对机器人感知能力的提升有限。如何通过简易、灵活的手段，制备出具有多种感知功能的机器人皮肤，依然具有研究价值。

发明内容

[0004] 为了给机器人提供多种模态的感知能力，本发明提出了一种全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，仅用三层功能材料即可实现压力感知、温度感知和接近感知的功能，可以应用于智能人机交互。

[0005] 本发明通过结合喷墨打印和点胶两种数字化加工技术，在柔性基底上逐层沉积图案，以制备轻便、柔顺、便于定制的机器人皮肤。同时，本发明将一层电极复用到多种感知功能中，提高了多模态传感器件的集成度，使得该机器人皮肤兼具多模态感知功能和轻便性；本发明通过合理设计各层的图案，以确保各种感知模态的性能。

[0006] 本发明制备流程中的图案化均基于可打印方案，例如温度‑接近复合敏感层通过喷墨打印制备、压力敏感层和顶部电极层通过点胶制备，有着轻薄、可定制、加工条件温和的优点，可作为工业生产、居家护理等场景中的人机交互接口。

[0007] 本发明所采用的技术方案为：

[0008] 本发明主要由柔性上基底层、顶部电极层、粘合层、压力敏感层、温度‑接近复合敏感层和柔性下基底层从上到下依次紧密组装构成；

[0009] 所述的柔性上基底层对该装置起保护作用，所述的柔性下基底层承载着整个装置；所述的粘合层位于压力敏感层和顶部电极层中间；

[0010] 所述的温度‑接近复合敏感层主要由阵列均匀分布、彼此之间串联的至少一个电极单元构成，电极单元经导线引出到外部采集电路，形成电极阵列；

[0011] 所述的压力敏感层包含阵列均匀分布的至少四个电介质单元，分别位于顶部电极层的各个电极单元的正下方；

[0012] 所述的顶部电极层包含阵列均匀分布的至少四个电极单元，每个电极单元被单独的引线电引出到外部采集电路；

[0013] 电极单元四角的正上方分别布置有一个电介质单元，每个电介质单元正上方设置一个电极单元。所述的顶部电极层、温度‑接近复合敏感层的引线被连接到外部采集电路。

[0014] 所述的温度‑接近复合敏感层，设置4个电极单元后，沿周向方向在每两个相邻的电极单元外边缘之间通过各自的导电通路连接，且在其中一个导电通路处设置缺口使得该导电通路断开，构成一个带缺口的方形外边缘框并将所有电极单元围在方形外边缘框的内部，每个电极单元带2根导线引出电连接。

[0015] 所述的电介质单元采用柔性材料制成，由平面和在平面上阵列均匀分布的多个凸起构成，形成点阵状电介质单元。

[0016] 具体实施中，顶部电极层包含4×4阵列排布的16个电极单元，压力敏感层包含4×4个阵列排布的16个电介质单元，温度‑接近复合敏感层包含2×2阵列排布的4个电极单元。
压力敏感层的电介质单元和顶部电极层的电极单元的总数目均为4×4，温度‑接近复合敏感层的电极单元总数目为2×2。

[0017] 所述压力敏感层的电介质单元采用点阵状的几何结构包括但不仅限于此。

[0018] 所述顶部电极层的电极单元的形状以及温度‑接近复合敏感层的电极单元的形状为方形。

[0019] 所述的顶部电极层、压力敏感层和温度‑接近复合敏感层均由功能墨水打印制成，其余的柔性上基底层、粘合层和柔性下基底层均为薄膜材料。

[0020] 所述温度‑接近复合敏感层的电极阵列的打印原料为一种具有热电阻特性的导电材料，例如PEDOT:PSS水溶液、纳米银颗粒溶液(AgNP)。

[0021] 所述压力敏感层的打印原料为一种具有弹性的电介质材料，例如聚二甲基硅氧烷、硅橡胶。

[0022] 所述顶部电极层以及所有引线的打印原料为一种电阻率低、耐刮擦的导电材料，例如导电银胶。

[0023] 所述粘合层包括但不限于市面上购买的PET胶带。其基材为透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯，粘性材料为丙烯酸。粘合层固定了顶部电极层和压力敏感层之间的相对位置，同时可避免顶部电极层与温度‑接近复合敏感层之间发生短路。

[0024] 所述柔性上基底层和柔性下基底层的材料为一种电气绝缘、常温下稳定的有机材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺。

[0025] 所述的柔性机器人皮肤是将载有顶部电极层的柔性上基底层翻转贴合到载有粘合层、压力敏感层、温度‑接近复合敏感层的柔性下基底层上，靠粘合层的粘性进行固定连接而组装形成。

[0026] 所述压力敏感层通过气压式点胶方式沉积在温度‑接近复合敏感层的表面。

[0027] 所述顶部电极层以及引线通过气压式点胶方式沉积在柔性上基底层的表面。

[0028] 所述温度‑接近复合敏感层的电极阵列通过压电式喷墨打印等方法沉积在柔性下基底层的表面。

[0029] 本发明通过顶部电极层、压力敏感层、温度‑接近复合敏感层之间的配合关系实现了压力感知：在待测对象施加外部压力到皮肤后，外部压力导致压力敏感层发生形变，进而导致顶部电极层的电极单元与温度‑接近复合敏感层的电极单元之间的距离发生变化，引起它们之间的电容改变。

[0030] 当压力引起电介质单元变形时，其上方和下方的电极单元之间的距离减小，进而导致这部分电容增大。通过检测其顶部和底部的电极单元之间的电容即可求得所处位置的正压力。

[0031] 本发明通过温度‑接近复合敏感层同时实现了温度感知和接近感知：

[0032] 在待测对象接触到皮肤，经柔性上基底层、顶部电极层、粘合层、压力敏感层热传导传递到温度‑接近复合敏感层表面，使得温度‑接近复合敏感层的温度发生变化，导致温度‑接近复合敏感层中电极阵列材料的电阻率随温度变化而变化，检测各个电极单元的电阻实现了温度的感知。

[0033] 温度‑接近复合敏感层的电极单元具有热电阻特性，通过测量任意一个电极单元的2根引线之间的电阻，即可求得该电极单元所处位置的温度。

[0034] 在待测对象靠近皮肤过程中，基于自电容原理，温度‑接近复合敏感层的电极阵列具有导体的性质，将引起温度‑接近复合敏感层与地之间的电容随着待测对象的接近而增大。对地电容的变化，检测温度‑接近复合敏感层相对于地的电容变化实现了待测对象接近皮肤的感知，获得感知距离。

[0035] 温度‑接近复合敏感层的材料导电性良好，多个电极单元围成的外框可以作为电容的一个极板，可以与虚地形成电容结构。外部环境中的物体接近该极板后，由于外部物体与虚地之间的容性耦合，物体的接近将引起该极板与虚地之间的电容的增长。通过测量温度‑接近复合敏感层和虚地之间的电容变化，即可检测外部物体的接近。

[0036] 所述的待测对象可以为物体、动物或者植物。

[0037] 本发明特殊设置了温度‑接近复合敏感层，通过实现了接近感知和温度感知，提高了感知的功能和性能，实现了仿生超感知。

[0038] 本发明采用电极复用的思路，通过设计温度‑接近复合敏感层的特殊形状，使得其被复用于压力感知、温度感知、接近感知；其中，压力感知和接近感知输出电容变化量，温度感知输出电阻变化量，检测方式相互独立，避免了温度变化在压力感知/接近感知输出量的耦合。

[0039] 所述温度‑接近复合敏感层的每个电极单元上均设置有相同性质的镂空槽，这样能够使得小面积的温度变化也能引起明显的电阻变化，提高了在待测对象不完全覆盖或者不能完全覆盖温度‑接近复合敏感层的电极单元的表面时的温度感知效果，提高了感知的灵敏度。

[0040] 本发明的多模态感知能力体现在，机器人皮肤的多种感知模态在检测原理上彼此独立，在检测信号的种类和获取方式方面没有耦合。此外，温度‑接近复合敏感层被用于三种感知模态：在温度感知中，4个电极单元构成4个独立的温敏电阻；在接近感知中，联接4个电极单元的外框构成自电容的极板；在压力感知中，电极单元构成压敏电容的底电极，每个电极单元上方均有4个独立的压力敏感层单元和顶部电极层单元。这种设计使得机器人皮肤的层数得到精简，集成度更优。

[0041] 压力敏感层基于电介质材料，与顶部电极层和温度‑接近复合敏感层共同构成压敏电容；顶部电极层作为压敏电容的顶电极；温度‑接近复合敏感层在作为压敏电容的底电极的同时，其电阻值指示温度感知，其对地电容值指示接近感知。

[0042] 本发明中压力感知采用电容原理而非电阻原理，避免了温度变化引起的电阻变化对压力感知输出的影响；温度‑接近复合敏感层位于压力敏感层的下方，减小了外部压力引起的该层的形变，进而减小了外部压力下应变引起的电阻变化，因此减小了压力变化对温度感知输出的影响。此外，温度‑接近复合敏感层的每一个电极单元被作为多个压敏电容的底电极，导致了温度‑接近复合敏感层的形变将影响多个压力感知输出量，因此将该层置于压力敏感层的下方，以减小该层形变，有利于减少相邻压敏电容之间的串扰。

[0043] 本发明中的顶部电极层的不同电极单元之间没有导电通路相连。考虑到导电材料相比基底材料具有更高的杨氏模量，容易导致局部形变向四周传递，因此顶部电极层中各个电极单元的分布式设计最大程度上抑制了该层形变传递导致的压力感知串扰。

[0044] 本发明中的压力敏感层具有通过点胶工艺打印出的点阵状几何结构，有利于在受压时产生局部的应力集中，从而提高整体的形变量，最终提高压力感知的灵敏度。

[0045] 本发明全程采用数字化打印技术进行图案化，包括喷墨打印和点胶。数字化加工的特点使得该设计可以根据搭载机器人的不同、应用场景的不同来灵活地调整整体尺寸以及各种感知模态的空间分辨率和图案化形状，扩展了该设计结构的适用范围。

[0046] 本发明其有益效果为：

[0047] 本发明模仿了生物体皮肤的柔顺特性和多模态感知功能，可以独立地测量人机交互过程中的多种变量。通过将同一层电极复用到多种感知功能，精简了传感器件的层数，实现了轻、薄的特征，最大程度上减少了机器人皮肤对机器人活动的限制。

[0048] 本发明对机器人皮肤的层叠方式和各打印层的图案进行精细设计，抑制了不同感知模态之间的耦合以及同种感知模态不同感知点之间的串扰。

[0049] 本发明基于数字化打印工艺，可针对应用场景不同灵活地调整设计细节，因此相比其它类型的机器人皮肤具有更广的适用范围。

附图说明

[0050] 图1为本发明全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的层叠结构示意图；

[0051] 图2为本发明全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的整体外观图；

[0052] 图3为温度‑接近复合敏感层的电极单元阵列的电阻等效示意图；

[0053] 图4为本发明全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的制备流程图；

[0054] 图中：柔性上基底层1、顶部电极层2、粘合层3、压力敏感层4、温度‑接近复合敏感层5、温度‑接近复合敏感层的电极单元501、温度‑接近复合敏感层的电极阵列502、柔性下基底层6。

[0055] 图5为循环加压过程中压敏电容值的相对变化量示意图；

[0056] 图6为砝码加载引起的电容增量示意图；

[0057] 图7为木制手掌模型引起的接近感知响应引起的电容增量示意图；

[0058] 图8为对电极单元501的改良设计示意图；

[0059] 图9为不同形状的电极单元的温度感知性能引起的电阻相对增量示意图。

具体实施方式

[0060] 下面结合附图对本发明进一步说明。

[0061] 如图1所示，本发明具体实施包含柔性上基底层1、顶部电极层2、粘合层压力敏感层3、压力敏感层4、温度‑接近复合敏感层5以及柔性下基底层6。顶部电极层2的电极单元呈4×4等间隔阵列排布，连同其引线共同形成顶部电极层2。压力敏感层4的电介质单元呈4×
4等间隔阵列排布，分别位于与顶部电极层2的电极单元的正下方，并通过粘合层3的粘附力进行固定。温度‑接近复合敏感层5包含2×2个等间隔排布的电极单元501，每个电极单元
501有2根引出线且位于2×2个电介质单元的正下方，4个电极单元501通过外框串联形成温度‑接近复合敏感层的电极阵列502，连同该层的引出线共同构成温度‑接近复合敏感层5。
柔性下基底层6位于最下方，承载着整个装置，与机器人的安装平面贴合。柔性上基底层1与外部物体直接接触，对整个装置封装保护。

[0062] 使用本装置时，为了使得机器人皮肤的压力感知可以识别外部物体轮廓的细节，压力敏感层4的电介质单元以及顶部电极层2的电极单元的尺寸应被限制。例如，具体实施的压力敏感层4的电介质单元以及顶部电极层2的电极单元的边长可以是5mm。

[0063] 使用本装置时，机器人皮肤的接近感知基于自电容原理，其对某一特定物体的最大感知距离与极板的外形尺寸正相关。为确保机器人皮肤能感知肢体的接近，温度‑接近复合敏感层5的电极阵列502的外形尺寸应当通过实验来确定。例如，具体实施的温度‑接近复合敏感层5的电极阵列502的外框，作为极板，其边长可以是44mm。

[0064] 具体实施的全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的顶部电极层2、压力敏感层4的单元数目包括但不限于4×4，温度‑接近复合敏感层5的电极单元501数目包括但不限于2×2。确定单元的数目时应当考虑单元的尺寸，由应用场景的具体需要决定。

[0065] 由于打印技术具有定制化设计、数字化加工的特性，以上外形、尺寸、数目等参数可以按需灵活调整。

[0066] 具体实施的全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的温度‑接近复合敏感层5的打印原料包括但不限于PEDOT:PSS水溶液或AgNP溶液。

[0067] 具体实施的全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的压力敏感层4的材料包括但不限于具有弹性的电介质，例如聚二甲基硅氧烷、硅橡胶。

[0068] 具体实施的全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的顶部电极层以及所有引线的打印原料包括但不限于某一种电阻率低、耐刮擦的导电材料，例如导电银胶。

[0069] 具体实施的全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的柔性上基底层1和柔性下基底层6的材料包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺。

[0070] 具体实施的全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的温度‑接近复合敏感层5的电极阵列502，通过包括但不限于压电式喷墨打印等方法沉积在柔性下基底层6的表面；压力敏感层4通过包括但不限于气压式点胶的方法沉积在温度‑接近复合敏感层5的表面；顶部电极层2通过包括但不限于气压式点胶等方法沉积在柔性上基底层1的表面。

[0071] 本发明的组装过程包含将柔性上基底1及其承载物与柔性下基底6及其承载物贴合，通过粘合层3的粘性将压力敏感层4与顶部电极层2固定。两片基底贴合时，顶部电极层2的引线与温度‑接近复合敏感层5的引线处于不同的方位。粘合层3的基材可以是轻薄的聚对苯二甲酸乙二醇酯，使得其对机器人皮肤的厚度没有明显的影响。粘合层3的作用还包括：在顶部电极层2的引线与温度‑接近复合敏感层5交叉的位置实现电气隔离，避免短路；减少压力敏感层4的凸起结构和顶部电极层2之间的空气隙，防止这部分空气参与到压敏电容的电介质中对其感知性能带来不确定性。

[0072] 具体实施的全打印仿生超感知柔性机器人皮肤的温度‑接近复合敏感层单元501、压力敏感层的电介质单元以及顶部电极层的电极单元的形状包括但不仅限于方形。机器人皮肤以外的信号采集电路可以通过RC充放电原理来测量温度‑接近复合敏感层的电极单元501与顶部电极层的电极单元之间的电容，以及温度与接近复合敏感层5的对地电容，可通过分压法测量温度‑接近复合敏感层的电极单元501的电阻，然后将测量结果发送至计算机，通过计算机来分析机器人皮肤不同位置的压力、温度以及外部物体的接近，从而进行反馈和相应安全策略的实施。

[0073] 如图2所示，将柔性下基底层6、温度‑接近复合敏感层5、压力敏感层4、粘合层3、顶部电极层2以及柔性上基底层1组装在一起后形成的全打印仿生超感知柔性机器人皮肤，其轴测图如图2所示。

[0074] 如图3所示，温度‑接近复合敏感层5的电极阵列502包含2×2个电极单元501。电阻等效图将整个电极阵列502展成一条直线，可见多个电极单元501之间呈串联关系，因此4个电极单元501的电阻值彼此独立，任意1对引出点之间的电阻仅取决于引出点内侧的电极单元501，引出点外侧的部分均被旁路。将多个电极单元501联接的方形外框把所有电极单元围在内部。该外框的右边设计了一个缺口，目的是避免形成回路，否则任意1个电极单元501与其余3个电极单元为并联关系，而非串联关系。

[0075] 如图4所示，本发明的制备流程的图案化基于数字化加工技术。在图左侧，首先，通过喷墨打印在空白的柔性下基底层6上沉积温度‑接近复合敏感层5的电极阵列502，打印的原料选用AgNP溶液，完毕后将柔性下基底层6至于150℃的加热台上退火10分钟，使图案固化。下一步，通过气压式点胶在电极阵列502上先后沉积温度‑接近复合敏感层5的引线和压力敏感层4，原料分别选用导电银胶和硅橡胶，完毕后将柔性下基底层6至于120℃的加热台上退火30分钟，使图案固化。之后，在压力敏感层4的上方手动贴上粘合层3。图右侧，通过气压式点胶在柔性上基底层1上沉积顶部电极层2，原料选用导电银胶，完毕后将柔性上基底层1至于120℃的加热台上退火30分钟，使图案固化。最后，裁剪柔性下基底层6和柔性上基底层1的引出排线周围的多余部分，将柔性上基底层1翻转贴合到柔性上基底层6的上方，完成整个制备流程。

[0076] 实施例1

[0077] 本发明的0.3～1N往复循环力加载实验的试验条件为：将本发明固定在试验机的固定台面上，在移动台面上固定一根塑料圆柱，移动台面带动塑料圆柱向下挤压机器人皮肤的某一个电介质单元。当与移动台面相连的力传感器检测量超过1N时，移动台面带动塑料圆柱远离机器人皮肤直至力传感器检测量小于0.3N。随后立刻重复上述过程，执行下一次挤压。循环加载的次数约为2500次。

[0078] 循环加压过程中压敏电容值的相对变化量如图5所示：图中分别放大了实验初始阶段和后期的连续10次加载时的输出。两种情况下响应曲线的峰值、谷值具有高度的一致性。

[0079] 由此可以说明，在动态压力施加条件下，本发明的压力感知具有稳定工作的能力。

[0080] 实施例2

[0081] 为了评估本发明的压力感知是否存在串扰现象，通过电容测量设备在不同场景下测量某一电介质单元处的电容：无砝码加载、砝码加载在待测位置、砝码加载在待测位置的上方邻位、砝码加载在待测位置的右方邻位、砝码加载在待测位置的对角邻位。实验过程中，机器人皮肤固定在硬质桌面上，砝码与机器人皮肤的接触面积与电介质单元的面积相近。

[0082] 不同场景下，砝码加载引起的电容增量如图6所示：图中可以明显地看出，只有当砝码恰好位于待测位置上时，压敏电容才能有明显的增长。

[0083] 由此可以说明，本发明的压力感知在试验条件下能避免相邻感知点之间的串扰现象，各个感知点可以独立地测量。

[0084] 实施例3

[0085] 本发明的接近感知实验的试验条件为：将机器人皮肤固定在某一平面上，将木制的手掌模型摆放在另一个与之平行的平面上，并位于机器人皮肤的正上方。调节两个平面的距离，用电容测量设备记录在该距离下，有手掌模型存在和无手掌模型存在时的接近感知输出量。

[0086] 实验过程中记录的温度‑接近复合敏感层5的对地电容的增量如图7所示：当手掌模型与机器人皮肤的距离分别为7cm、5.5cm和3cm时，随着距离越来越小，手掌模型引起的电容增量越来越大。

[0087] 由此可以说明，本发明的接近感知可以有效地感知外部环境中靠近它的物体，大大提高了感知的功能和性能。

[0088] 实施例4

[0089] 在外部物体无法充分接触温度‑接近符合敏感层5的电极单元501的全部面积时，其电阻难以产生明显的变化。针对这种情况，对电极单元501的改良设计如图8所示，原本实心的电极单元501可以被设计为蜿蜒镂空的电极单元503。由于电极单元503保留了电极单元501中位于电介质单元正下方的面积，因此压敏电容依然存在，该改良不会牺牲压力感知；由于改良后的2×2个电极单元503的外框保持不变，因此温度‑接近复合敏感层5的自电容的极板依然存在，该改良不会牺牲接近感知。蜿蜒镂空的电极单元503的导电通路在图案的中心高度集中，而实心的电极单元501的导电通路只有一部分经过图案的中心。因此，当只有图案中心的温度发生变化时，蜿蜒镂空的电极单元503理应比实心的电极单元501有更显著的响应。

[0090] 图9的实验佐证了上述论述。当指尖接触整个电极时，两种电极的响应值接近。当指尖只接触电极的中心时，蜿蜒镂空的电极单元503的响应值几乎不变，而实心的电极单元501的响应值大不如前。

[0091] 由此可以说明，对电极单元501的图案的改良设计可以有效地提升温度感知对不充分接触的响应，大大提高了本发明在实际应用中的感知性能。