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  電容剪力感測陣列

作者: 鄭茗元,林俊良,黃信華,賴昱澤,馬政文

簡介:

本研究提出一創新性電容感測器結構設計,發展出三軸向可撓性觸覺感測陣列,將應用於仿生機器人之人工皮膚,以實現機器人具有抓握物體的能力。此感測器結構的設計,除了製造程序簡易,更具有高可靠度的特性。本研究中,電容感測陣列的製造技術,是採用微機電製程及軟性電路板技術製作而成,其感測元件以聚二甲基矽氧烷 (PDMS) 與聚亞醯胺 (PI) 構成其主要結構材質。其中PDMS結構層型是由微機電技術之微影製程製作SU-8母模所翻模而成。並於PDMS結構層上,蒸鍍已定義圖形之金屬層,來作為電容式感測陣列當中之浮動電極。感測電極與金屬導線則利用軟性電路板技術製作完成。在每一個三軸向觸覺感測單元當中,則有四個電容感測器,能將接觸力轉換成正向力與剪力。為了能更精準偵測剪力變化,在研究中,將凸塊結構與觸覺感測器之間的支撐圓柱應用於其中。本研究針對所製作感測器單元進行三軸向的特性量測。其感測單元能有效量測力量範圍為100mN。研究中亦開發32×32電容式觸覺感測陣列之掃描電路,將其應用於所相對應的感測器陣列。


 
圖 1. (a)電容壓剪力感測陣列示意圖.   (b)電容壓剪力感測單元示意圖.   (c)電容壓剪力感測單元爆炸圖.   (d)貼附於機械手爪中之壓剪力感測陣列.


圖 2. 電容壓剪力感測陣列製程圖.


圖 3. (a)PDMS Bump Layer.   (b)PDMS Structure Layer.   (c)FPCB Layer.   (d)電容壓剪力感測陣列成品.



相關發表:

1.  M.-Y. Cheng, C.-L. Lin and Y.-J. Yang, “Tactile and shear stress sensing array using capacitive mechanisms with floating electrodes,”
23rd IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2010), Hong Kong, 2010. (Oral presentation) 
   
 

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