1.一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:主要由半球型触头(1)、柔性球曲面激励电极(4)、柔性公共电极(3)以及柔性基底(5)四个部分构成;以柔性基底(5)为底部支撑,以半球型触头(1)为顶部覆盖,二者在边缘部粘接,内部形成空气腔(2);在空气腔(2)内粘接有柔性公共电极(3)以及四个柔性球曲面激励电极(4);柔性公共电极(3)连接在半球型触头(1)和柔性基底(5)之间,并设置于四个柔性球曲面激励电极(4)的中心;四个柔性球曲面激励电极(4)间隔均匀地排布在柔性基底(5)上,且在所述柔性球曲面激励电极(4)的表面设置绝缘层;柔性公共电极(3)与柔性球曲面激励电极(4)构成四个呈空间立体分布的电容,整体呈倒状“蘑菇”结构。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:所述的半球型触头(1)由导电复合材料制成,包括一体化的上半球面(1-1)和圆环体(1-2),圆环体(1-2)位于上半球面(1-1)的下边缘部;所述的柔性基底(5)采用硅橡胶材料制成,呈圆柱体,其上表面向下形成半球型腔体,半球型腔体的四周具有外缘;半球型触头(1)圆环体(1-
2)的直径与柔性基底(5)的外径尺寸一致,圆环体(1-2)的宽度与柔性基底外缘(5-2)的宽度一致。
3.根据权利要求2所述的一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:所述半球型触头(1)的圆环体(1-2)通过硅橡胶与柔性基底外缘(5-2)粘结固定。
4.根据权利要求2所述的一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:所述柔性公共电极(3)包括导电复合材料的上半球体(3-1)和下半椭球体(3-2),整体高度等于由半球型触头(1)及柔性基底(5)构成的空气腔(2)高度,下半椭球体(3-2)的短半轴长等于上半球体(3-1)的半径且小于柔性基底(5)半球型腔体的宽度。
5.根据权利要求4所述的一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:所述柔性公共电极(3)的上下顶面均通过硅橡胶分别固定在半球型触头(1)内表面和柔性基底(5)内半球型腔体的上表面。
6.根据权利要求5所述的一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:所述的柔性公共电极(3)通过导线引出,并接地构成公共端。
7.根据权利要求2所述的一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:所述柔性球曲面激励电极(4)由有机硅导电银胶材料制成,并通过四根导线引出,四个柔性球曲面激励电极(4)均匀分布于柔性基底(5)半球型腔体的表面,且彼此具有间隔。
8.根据权利要求7所述的一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:四个所述的柔性球曲面激励电极(4)使用硅橡胶均匀粘贴在半球型腔体的表面。
9.根据权利要求2所述的一种高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器,其特征是:所述柔性球曲面激励电极(4)表面的绝缘层通过涂抹橡胶形成。
10.一种制备权利要求1至9任一项所述高灵敏度电容式柔性三维力触觉传感器的方法,其特征是,具体步骤如下:首先,基于3D打印技术,分别打印出柔性基底模具、半球型触头模具以及柔性公共电极模具;
接着,先向柔性基底模具中注入硅橡胶材料,再放入真空干燥箱中室温固化,待其固化后脱模,制得柔性基座;
其次,再用多壁碳纳米管、炭黑和硅橡胶的复合导电材料制备柔性公共电极(3)和半球型触头(1),其中,多壁碳纳米管与炭黑质量比为1:2,导电填料占母体的质量分数为6%~
7%;计算配置的量,向称量好的多壁碳纳米管以及炭黑中加入有机溶剂,并进行磁力搅拌,充分分散团聚的多壁碳纳米管以及炭黑;再向其中加入称量好的硅橡胶,同时进行磁力搅拌;将制作好的复合材料分别注入半球型触头模具及柔性公共电极模具中,并放入真空干燥箱中室温固化,待其固化后脱模;
然后,配置有机硅导电银胶,在制成的柔性基底(5)的半球型腔体表面间隔12度均匀涂抹配置好的有机硅导电银胶,静置进行室温固化后,形成四个柔性球曲面激励电极(4),最后在有机硅导电银胶的柔性球曲面激励电极(4)表面涂抹硅橡胶,进行绝缘处理;
最后,使用硅橡胶作粘接剂将柔性公共电极(3)分别与柔性基底(5)和半球型触头(1)粘接,并将半球型触头(1)与柔性基底(5)粘接。