一种大范围接近距离感知的电子皮肤阵列

1.本发明属于接近感知电子皮肤领域，提出一种提高接近感知距离的方法


背景技术：

2.电子皮肤是一种新型的传感器，早期研发的是刚性的压力传感器，后来根据机器人外表面的复杂曲面和与人交互的需求，研发出了具有接近感知能力的电子皮肤。
3.综上所述，目前的接近感知电子皮肤的感知距离较小，不能满足机器人与人交互的多种任务场景。因此，本发明设计一种大范围接近距离感知的电子皮肤阵列，有效的提升了最远感知距离，具有性能优势，在实际应用中有重要前景。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于设计一种新型电子皮肤，已解决上述背景技术中提到的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大范围接近距离感知的电子皮肤，制作方法包括以下步骤：(1)加工fpc柔性电路板；(2)3d打印屏蔽层；(3)加工好的fpc和tpu fabric进行整面粘合，形成复合板结构；
6.作为本发明进一步的方案：所述的fpc柔性电路板，其特征在于：设计了阵列式的大面积覆铜作为电容器的电极板，且都引出走线，并形成排线接口，如附图1中所示。
7.作为本发明进一步的方案：所述的3d打印屏蔽层，其特征在于使用pla材料。
8.作为本发明进一步的方案：所述的整面粘合，其特征在于使用双面胶带。
9.本发明中的接近感知电极，是基于单极板的自电容边缘场效应，在人或其他物体接近时，会引起电场线的重新分布，进而使得极板的自电容发生变化，进而得到接近距离。
10.本发明中的屏蔽环，形状与接近感知电极相同，在阵列分布的接近感知电极四周围绕，其宽度可以随实际应用场景调整，且预留出导线接口。
11.本发明中使用ad7147芯片作为电容采集芯片，其基本原理是cdc电容转换，本发明中搭建了相应的外围电路，并加工制作出pcb板。
12.本发明中的接近感知阵列接入ad7147电容采集pcb板上的cin0-1端口，屏蔽环接入acshield接口。本发明的电子皮肤制作方法便于工业流水线生产，具有较强的产业化前景，且较大的接近感知距离，拓宽了它的应用范围。
附图说明
13.为了更清楚的说明本发明所涉及的技术方案，下面对实施例或现有的技术描述中所使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的
附图。
14.图1是本发明实施例中电子皮肤多层结构的示意图；
15.图2是本发明实施例中接近感知电极、屏蔽环与ad7147采集板的接线示意图；
具体实施方式
16.实施例
17.一种大范围接近距离感知的电子皮肤阵列制作方法，所述的电子皮肤包括电极层和屏蔽层呢，所述电子皮肤制作方法包括以下步骤：(1)fpc加工：极板阵列设计，各极板引出走线并形成排线，使用常用的单面fpc柔性印刷电路板生产工艺，且整个极板使用pi压板层进行保护；(2)3d打印屏蔽层：使用三维建模软件，依据电极层的外缘轮廓进行建模设计，导出stl文件后使用3d打印机，并使用pla作为耗材进行打印加工；(3)整面粘合：使用工业级的双面胶带进行粘合，确保牢靠与稳固，至此完成一个电子皮肤的制作。


技术特征：
1.一种大范围接近距离感知的电子皮肤阵列，其特征在于，传感器本体由电极层与屏蔽层构成。其特征在于，电极层具体包括接近感知电极、屏蔽环和导线。其特征还在于，屏蔽层为绝缘材料，可以为pla、木材、纸等材料，其形状与电极层相同，位于电极层下方。2.电极层的接近感知电极，其特征在于，基于自电容的边缘场效应，在人或其他接近物靠近时，会引起电场的重新分布，进而使得测量的电容发生变化，用于检测接近距离。其特征还在于，接近感知电极的形状可以根据使用的场景和贴附物体的表面形状任意改变，具有高度的适应性。3.电极层的屏蔽环，其特征在于，形状与接近感知电极相同，是围绕接近感知电极一圈的导电环，宽度可以随实际应用场合调整。其特征还在于，通入交流电位，可以有效降低来自其他方向或者相邻接近感知电极的影响，使其内部的接近感知电极的电场线分布相对收敛于屏蔽环内部，提高接近感知的检测精度和灵敏度。4.电子皮肤阵列的屏蔽层，其特征在于，使用绝缘材料，外缘轮廓与屏蔽环的外缘轮廓相同，厚度可以根据应用场景的直流噪声大小而调整。其特征还在于作为电子皮肤阵列的基底材料，起支撑和保护作用。

技术总结
本发明提出一种具有大范围接近距离感知的电子皮肤阵列，其特点在于使用单电容极板的设计，基于自电容边缘场效应，在人或其他物体接近时，可以检测电容的变化，进而得到接近距离。该电子皮肤由电极层与屏蔽层构成，电极层使用FPC极板加工工艺，其特点在于形状可以根据应用场合的不同任意调整。屏蔽层使用绝缘材料，实施例中使用PLA的3D打印材料进行说明，其材料与厚度可以根据实际应用场合的噪声强度来调整。这种电子皮肤具有较强的批量加工优势，有利于大规模生产，且大范围的接近距离感知能力拓宽了它的应用场景。知能力拓宽了它的应用场景。知能力拓宽了它的应用场景。


技术研发人员：陈殿生 刘哲 马骏林
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.09.05
技术公布日：2022/11/11