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  溫度/壓力感測器陣列


作者: 鄭茗元,張為堯,楊勝安,曹展謀,黃信華,林俊良

簡介:

拍拍肩、握握手,感受到對方的友善或惡意,都是因為人體皮膚的觸覺感知發生了作用。當手裡握住一顆雞蛋時,就知道要如何施力才不會破;當氣溫下降時,就知道 要添加衣物。假使喪失了眼、耳、鼻、舌等器官的功能,人類尚可存活,但要是皮膚無法感受觸覺與溫度,就等同失去了與環境協調的仲介,無法判斷正確的環境狀態,也可看出皮膚在日常生活裡的重要性。因此仿人皮膚感觸系統的目的,就是要能在人工皮膚上設置感測器,達到對外界的壓力與溫度感應變化如同人體般的狀況。人工皮膚可將外界的壓力分佈與環境溫度等訊息,傳達給仿生機器人予以進行安全與適當的行為,以便未來在仿生機器人的應用當中,達到有效輔助與便利人類的生活。
   
本研究發展電阻式觸覺感測器陣列,將做為於仿生機器人之人工皮膚。研究中,以導電橡膠作為感測壓力之感測材料。為了使感測陣列能覆蓋於複雜的曲面,其感測元件以聚亞醯胺(PI)構成其可撓性基材與主要結構材質。以導電橡膠為感測機制的研究中,分別利用自動點膠製程或黏貼方法,將導電橡膠個別的固定於感測電極上做為觸覺感測單元。此種製造程序,能有效的降低感測單元彼此之間的交互干擾。對於溫度感測,則是利用溫度感測晶片做為感測單元。經由微細加工技術所製做的可撓曲性基材,可輕易的將觸覺與溫度感測器陣列進行整合。為了能正確的讀取感測器陣列數值變化,觸覺感測陣列與溫度感測陣列的掃瞄電路亦進行開發與應用。最後,不同圖形的溫度與壓力分佈,均可以利用8×8感測陣列或更大面積的
32×32感測陣列成功的進行辨識。




 


 圖1. 溫度與壓力感測陣列示意圖


 圖2. 8x8 溫度與壓力感測陣列

圖3. 32x32 溫度與壓力感測陣列

 
圖4. 由32x32溫度/壓力感測陣列所量取之人類右手溫度/壓力分佈



相關發表:

1.  Y.-J. Yang, M.-Y. Cheng, W.-Y. Chang, L.-C. Tsao, S.-A. Yang, W.-P. Shih, F.-Y. Chang, S.-H. Chang, and K.-C. Fan, "An integrated flexible temperature and tactile sensing array using PI-copper films," Sensors and Actuators A-Physical, vol. 1
43, pp. 143-153, 2008. (SCI/EI)

2. Y.-J. Yang, M.-Y. Cheng, S.-C. Shih, X.-H. Huang, C.-M. Tsao, F.-Y. Chang, and K.-C. Fan, “A
32×32 temperature and tactile sensing array using PI-copper films”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2009. (SCI/EI)

3.
鄭茗元, 范光照, 楊燿州, 施文彬, 張復瑜, “包含壓力與溫度感測器之人工皮膚,” 中華民國發明第I
309195, 2009.    
 

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