一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手

1.本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手。


背景技术：

2.目前，智能感应机器人领域面向机器人的触觉感知缺乏检测手段。目前常用的柔性传感器难以满足智能机器人感知的线性度和灵敏度要求。基于mems技术的的力感知传感器可以实现超高灵敏度的力检测并拥有良好的线性度，但是传统mems力传感器只能感知微小的刚性接触力，检测范围达不到智能感应机器人领域大范围力感知，且对传感器的安装环境要求很高，灰尘，油污以及水渍等污染会造成传感器失效。并且现有的触觉感知传感器只能实现单一方向的力感知，不能实现多维度力感知。对平行施加的切应力缺乏感知手段。
3.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

4.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，旨在解决现有技术中机器人力感知灵敏度差和感知力方向单一的问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，包括手形驱动单元，分布在手形驱动单元上的仿生刚柔耦合多维力传感器阵列，其特征在于：所述手形驱动单元上分布有多个仿生刚柔耦合多维力传感器，所述仿生刚柔耦合多维力传感器包括：
7.衬底；
8.切应力感知结构，设置于所述衬底；
9.垂直应力传感结构，设置于所述衬底；
10.所述切应力感知结构与垂直应力感知结构在衬底上呈阵列分布；
11.柔性包裹材料，包裹所述衬底、所述切应力感知结构和所述垂直切应力传感结构。
12.所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述衬底上分布有至少一个通孔和盲孔，所述通孔与所述盲孔呈阵列分布，所述通孔内含有切应力感知结构，所述衬底上设置有垂直应力传感结构，所述垂直应力传感结构位于所述盲孔开口方向的反向一侧，依据应用场景和仿生刚柔耦合多维力传感器在手形驱动单元上的排布位置确定切应力感知结构和垂直应力感知结构在衬底上的大小和排布方式。
13.所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述切应力感知结构包含有设置在所述衬底通孔内部两侧的切应力感应梁，每个所述切应力感应梁上设有仿生孔缝结构，每个所述切应力感应梁的两侧分别设有侧壁压敏电阻，所述侧壁压敏电阻采用液体掺杂剂旋涂并通过热扩散的方式形成。
14.所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述仿生孔缝结构贯穿
所述切应力感应梁且贯穿方向与所述衬底的通孔方向一致，所述仿生孔缝结构为所述切应力感应梁上的至少一条仿生纵向缝，每个所述切应力感应梁上的所述仿生纵向缝之间平行排布，每条所述仿生纵向缝的长轴平行于所在切应力感应梁的长轴，所述侧壁压敏电阻位于所述切应力感应梁与其长轴水平方向垂直的两侧，所述切应力感应梁厚度小于所述衬底厚度，所述切应力感应梁的贯穿顶面与所述衬底顶面重合，所述切应力感应梁的长轴朝向依据切应力检测维度的方向确定。特殊的，所述切应力感应梁的长轴垂直于所要检测的切应力的方向；特殊的，当切应力方向有多个时，切应力感应梁呈阵列排布；特殊的，为了感知八个方向的切应力大小，将切应力感知梁设置为长轴朝向中心的排布方式。
15.所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，其特征在于：所述垂直应力传感结构包括设置在所述衬底上的压应力感应薄膜，刻蚀出的所述压应力感应薄膜上分布有位于所述衬底的平面电阻，所述平面电阻位于所述衬底顶面且通过两端的电阻端点连接有引线。特殊的，为增加压应力感应的灵敏度，将平面电阻设置为蛇形排布或者回型排布。
16.所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述平面电阻为采用液体掺杂剂旋涂并通过热扩散的方式形成，所述衬底上设有平面电阻触点，所述侧壁压敏电阻通过平面电阻触点连接位于所述衬底顶面上的引线。
17.所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述仿生刚柔耦合多维力传感器为刚柔耦合结构，所述衬底、所述切应力感知结构、所述垂直应力传感结构与所述引线形成刚性mems多维力传感结构，所述柔性包裹材料包裹所述刚性mems多维力传感结构，所述柔性包裹材料还包裹有与所述引线连接的信号引出线，所述信号引出线连接有信号采集线，所述信号采集线在手腕位置汇总为信号汇总线，所述仿生刚柔耦合多维力传感器分布在所述手动驱动单元上的手指尖端，手指中部，手指根部、手心和手掌两侧。
18.所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述柔性包裹材料的厚度在0.5mm
‑
5mm之间，所述仿生孔缝孔缝尖端为半圆形尖端，孔缝的长宽比范围为0.1
‑
100，所述侧壁压敏电阻的长度小于等于仿生孔缝的长度，所述侧壁压敏电阻的中轴线与所述仿生孔缝结构的中轴线保持一致。
19.本发明提供了一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其特征在于，该方法包括如下步骤：
20.提供一衬底和手型驱动单元；
21.在所述衬底上制作切应力感知结构和垂直应力传感结构，连接引线，使用柔性包裹材料包裹衬底、切应力感知结构和垂直切应力传感结构和引线，得到仿生刚柔耦合多维力传感器；
22.所述切应力感知结构包括通过涂有掺杂剂后扩散方式形成的侧壁压敏电阻；
23.将多个所述仿生刚柔耦合多维力传感器连接在所述手型驱动单元上形成仿生刚柔耦合多维力传感器阵列，得到所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手。
24.所述的基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，所述在所述衬底上制作切应力感知结构和垂直应力传感结构，连接引线，使用柔性包裹材料包裹衬底、切应力感知结构和垂直切应力传感结构mems多维力感知结构和引线，得到仿生刚柔耦合多维力传感器，包括：
25.在所述衬底上光刻蚀形成多个通孔，在通孔处光刻蚀形成阵列排布的所述切应力感应梁；
26.在所述切应力感应梁上光刻掺杂剂孔位置，之后向下刻蚀掺杂剂孔，根据侧壁压敏电阻的高度确定刻蚀深度；光刻出掺杂剂位置、侧壁压敏电阻触点，并保留一定厚度光刻胶做掩膜，旋涂掺杂剂，使其填充到掺杂剂孔、所述侧壁压敏电阻触点内，加热所述衬底，使掺杂剂内的离子扩散到掺杂剂孔侧壁和电阻位置的器件层内，光刻所述侧壁压敏电阻形状，刻蚀掺杂剂孔四周除侧壁压敏电阻位置外的电阻，刻蚀梁上所述仿生孔缝结构，正面形成所述切应力感知结构；
27.光刻金属引线位置，并用光刻胶填充掺杂剂孔，避免金属污染，金属溅射，之后剥离形成金属引线，背面刻蚀器件层及埋氧层，释放切应力感知梁结构、形成盲孔和形成垂直应力感知结构的薄膜结构，光刻出掺杂剂位置、平面电阻端点，同样采用旋涂掺杂剂后热扩散形成压敏电阻的方式形成所述平面电阻，正面形成所述垂直应力传感结构；
28.在所述侧壁压敏电阻端点连接所述引线，在所述平面电阻端点连接所述引线，将所述引线与所述信号引出线连接，信号引出线汇合形成信号采集线，将连接在信号采集线上的刚性mems结构放置在柔性基层上，并放置在灌胶模具中，之后向模具内灌注柔性材料，待结构固化之后，去除模具，得到单个所述仿生刚柔耦合多维力传感器；
29.所述将多个所述仿生刚柔耦合多维力传感器连接在所述手型驱动单元上形成仿生刚柔耦合多维力传感器阵列，得到所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，包括：
30.所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，其中，多个所述仿生刚柔耦合多维力传感器连接在手型驱动单元上，每个所述仿生刚柔耦合多维力传感器通过所述信号采集线形成信号汇总线，得到基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手。
31.有益效果：当垂直应力和切应力施加在柔性包裹材料上时，呈阵列分布在手形驱动单元上的仿生刚柔耦合多维力传感器可以感知手上多个位置的垂直应力和多向切应力，使手形驱动单元具有多维力感知能力。仿生纵向缝结构使切应力产生的形变集中在侧壁压敏电阻的位置，使传感仿生纵向缝结构使切应力产生的形变集中在侧壁压敏电阻的位置，使传感器具有更高的应力感知灵敏度，使机械手可应用于高精度多维力信息的感知、识别、抓握复杂形状物体等场景。
附图说明
32.图1为本发明中智能机械手的结构示意图。
33.图2为本发明中刚柔耦合仿生多维力传感器的整体结构示意图。
34.图3为本发明中mems仿生多维力传感结构的结构示意图。
35.图4为本发明中切应力感知梁及其感应方式的状态示意图。
36.图5为本发明中垂直应力感知及其感应方式的状态示意图。
37.图6为本发明中侧壁压敏电阻及切应力感知梁的制作方式示意图。
38.图7为本发明中衬底仰视的整体结构示意图。
具体实施方式
39.本发明提供一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
40.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者间接连接至该另一个部件上。
41.还需说明的是，本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
42.请同时参阅图1
‑
图7，本发明提供了一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手的一些实施例。
43.如图1
‑
图7所示，本发明的一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，包括：手动驱动单元1，分布在所述手动驱动单元1上的仿生刚柔耦合多维力传感器阵列2，位于所述手动驱动单元1上连接所述仿生刚柔耦合多维力传感器阵列2的信号采集线3和连接所述信号采集线3的信号汇总线4，所述仿生刚柔耦合多维力传感器阵列包括多个仿生刚柔耦合多维力传感器2，所述仿生刚柔耦合多维力传感器2包括刚性mems多维力传感结构，用于包裹所述刚性mems多维力传感结构的柔性包裹材料202，被所述柔性包裹材料202包裹的信号引出线203和信号采集线204，所述刚性mems多维力传感结构包括衬底2011，切应力感知结构2012，垂直应力传感结构2013，所述衬底2011上设置有多个通孔，所述通孔内设置有切应力感应梁，所述切应力感知结构2012包括所述切应力感应梁上设置的仿生孔缝结构20121、侧壁压敏电阻和侧壁压敏电阻端点，每个所述侧壁压敏电阻的两端与其中两个侧壁压敏电阻端点分别连接，所述侧壁压敏电阻端点通过引线与所述信号引出线203连接，所述仿生孔缝结构20121包括设置在所述切应力感应梁上的仿生纵向缝，所述垂直应力传感结构2013包括所述衬底上设置的压应力感应薄膜，所述压应力感应薄膜上设置有平面电阻，所述衬底上设置有所述平面电阻的电阻端点，所述平面电阻的两端与两个所述电阻端点分别连接，所述电阻端点通过引线与所述信号引出线203连接。
44.值得说明的是，如图1所示，仿生刚柔耦合多维力传感器呈阵列分布在手指尖、手指中部、手指根部和手掌上，信号采集线连接刚柔耦合仿生多维力传感器，并在手腕位置汇总至信号汇总线，将传感器的多维力信号传递出来，刚柔耦合仿生多维力传感器可以感知垂直施加的压应力和水平施加的切应力，通过刚柔耦合仿生多维力传感器采集的多维力信号，使机械手具有感知压应力和切应力的能力，依据多维力信号对机械手的状态进行控制，以实现不同力度的对物体的抓取、抛投动作。
45.值得说明的是，如图2所示，仿生刚柔耦合多维力传感器为刚性mems结构和柔性包裹材料构成，为刚柔耦合结构，仿生刚柔耦合多维力传感器的刚性mems结构采用压阻感知方式，其上刻蚀多维力传感结构，包含垂直应力传感结构和切应力传感结构，依据应用场景
和需要采集的维度力信息确定垂直应力传感结构和切应力传感结构的排布方式(十字梁或者八字梁)，刚性mems结构的引线连接到横向和纵向汇总线上，将传感器的信号引出。
46.在本发明的一个较佳实施例中，如图3
‑
4所示，所述衬底上分布有至少一个通孔和盲孔，所述通孔与所述盲孔呈阵列分布，所述通孔内含有切应力感知结构，所述衬底上设置有垂直应力传感结构，所述垂直应力传感结构位于所述盲孔开口方向的反向一侧，依据应用场景和仿生刚柔耦合多维力传感器在手形驱动单元上的排布位置确定切应力感知结构和垂直应力感知结构在衬底上的大小和排布方式。
47.具体的，所述衬底上分布有多个通孔和一个盲孔。
48.在本发明的一个较佳实施例中，所述切应力感知结构包含有设置在所述衬底通孔内部两侧的切应力感应梁，每个所述切应力感应梁上设有仿生孔缝结构，每个所述切应力感应梁的两侧分别设有侧壁压敏电阻，所述侧壁压敏电阻采用液体掺杂剂旋涂并通过热扩散的方式形成。
49.具体的，所述通孔内刻蚀出切应力感知结构，所述盲孔内刻蚀出垂直应力感知结构，所述切应力感知结构包含有设置在所述衬底通孔内部两侧的切应力感应梁，所述衬底上刻蚀出所述压应力感应薄膜上分布有平面电阻，多个所述切应力感应梁围绕和垂直应力传感结构在衬底上呈阵列分布。
50.进一步的，当需要检测的切应力信息丰富时，增加切应力感知结构在衬底上的排布，如手指尖位置；当需要检测的垂直应力信息丰富时，增加垂直应力传感结构在衬底上的排布，如手掌位置。
51.需要说明的是，盲孔的作用为让衬底的厚度变薄，厚度变薄之后正面的平面电阻可以产生更大形变。
52.所述通孔的贯穿方向垂直于所述衬底的顶部水平面，所述切应力感应梁厚度小于所述衬底厚度，所述切应力感应梁的顶面与所述衬底顶面重合，所述切应力感应梁的长轴朝向所述衬底中心，包裹在柔性材料中的切应力感应梁负责感知垂直于梁长轴的切应力，当切应力施加在结构上时，柔性材料产生横向形变，使包裹在其内部的刚性梁结构产生横向弯曲。较佳的，所述切应力感应梁长轴的水平垂线朝向衬底中心，所述衬底边缘刻蚀出的所述压应力感应薄膜上分布有平面电阻，所述切应力感应梁与所述压应力感应薄膜呈阵列分布。
53.柔性材料包裹的益处：采用柔性材料包裹刚性的感知单元，可以将外界应力平均化分布在传感结构上。传统的无包裹的情况，应力直接施加在刚性感知单元上，这种情况需要需要精确控制力的大小，同时需要施加控制位置。极易造成刚性感知单元的损坏。通过柔性包裹，可以将外界应力平均化分布在传感结构上，避免特定区域出现极大应力而造成传感器损坏的情况。同时由于柔性包裹的原因，使传感器具有防水，防油污的能力。因此传感器阵列可以直接布置在手形驱动单元上。
54.所述衬底上的切应力感应梁的个数可以根据应用场景需要具体确定，如图3所示，当应用场景需要较多、较精确的切应力方向与大小与方向时，增加切应力感知梁的数量，比如将切应力感应梁的数量设置为八根，当应用场景对切应力精度要求不高时，减少切应力感知梁的数量，以减少信号传输线的数量，将切应力感应梁的数量设置为四根。
55.所述切应力感应梁与长轴水平方向垂直的两侧面形状可以根据应用场景需要具
体确定，如图7所示，将所述切应力感应梁与长轴水平方向垂直的两侧面设置为平面，或者将所述切应力感应梁的两侧面设置为弧形，或者将所述切应力感应梁的两侧面设置为三角形，或者将所述切应力感应梁的两侧面设置为变曲面形。
56.在本发明的一个较佳实施例中，如图2
‑
图7所述，所述切应力感应梁上设置有仿生孔缝结构，所述仿生孔缝结构贯穿所述切应力感应梁且贯穿方向与所述衬底的通孔方向一致。
57.具体地，仿生孔缝结构为所述切应力感应梁上的至少一条仿生纵向缝，每个所述切应力感应梁上的所述仿生纵向缝之间平行排布，每条所述仿生纵向缝的长轴平行于所在切应力感应梁的长轴，当切应力施加在结构上时，梁上的仿生纵向缝位置由于具有最小的弹性弯曲模量，将侧向形变集中在仿生纵向缝位置，由于压敏电阻位于仿生缝两侧的侧壁上，因此形变集中在压敏电阻所在的位置，增加了传感器对横向切应力的感知灵敏度。
58.进一步的，所述切应力感应梁的长轴垂直于所要检测的切应力的方向，当切应力方向有多个时，切应力感应梁呈阵列排布，为了感知八个方向的切应力大小，将切应力感知梁设置为长轴朝向中心的排布方式。
59.仿生纵向缝的条数可以根据需要进行设置，如图3所示，将仿生纵向缝的数量设置成3条。
60.在本发明的一个较佳实施例中，如图3所示，所述仿生纵向缝的孔缝尖端形状为半圆形尖端，孔缝的长度比范围为0.1
‑
100。
61.在本发明的一个较佳实施例中，如图3所示，所述切应力感应梁的两侧分别设有侧壁压敏电阻，所述侧壁压敏电阻位于所述切应力感应梁与其长轴水平方向垂直的两侧。
62.具体地，侧壁压敏电阻的长度小于等于仿生孔缝组的长度，侧壁压敏电阻的中轴线与仿生孔缝组的中轴线保持一致，以保证梁在形变时，侧壁压敏电阻处于最佳形变范围，当切应力施加在结构上时，使位于仿生孔缝结构两侧的侧壁压敏电阻产生更大横向应变，因此提高了侧向力感应灵敏度。
63.侧壁压敏电阻可以根据掺杂孔的形式设置，如图3所示，所述侧壁压敏电阻设置为平面型，又或者将侧壁压敏电阻设置为曲面型，侧壁压敏电阻可位于任意单元梁上，用于感知所在梁的侧向应变。
64.较佳的，当切应力施加在梁结构上时，平面电阻产生平行于平面的弧形的弯曲，使单个电阻在远离圆心一侧的电阻值较大，而靠近圆心一侧的电阻值较小，因此平面电阻的电阻变化平均值降低，降低了灵敏度，侧壁压敏电阻在检测梁结构水平弯曲时电阻整体弯曲，单个电阻值整体扩大或者缩小，提升了检测切应力的检测灵敏度。
65.在本发明的一个较佳实施例中，如图3
‑
6所示，所述垂直应力传感结构包括设置在所述衬底上的压应力感应薄膜，刻蚀出的所述压应力感应薄膜上分布有平面电阻，所述平面电阻被多个所述切应力感应梁围绕。
66.具体地，当需要较精确的感知平面垂直压力时，将平面电阻排布为细密的蛇形电阻或者回字形电阻，电阻线覆盖的区域更大，从而使能够感知的累积表面形变更大，灵敏度更高。
67.具体地，所述平面电阻为平面蛇型电阻，所述平面蛇型电阻位于所述衬底的结构中心，所述平面蛇型电阻含有六个直角拐角，在蛇形压敏电阻两端设置电阻端点，施加的垂
直应力使柔性材料产生形变，挤压下面的压阻感知薄膜，薄膜产生形变，使位于薄膜上的压敏电阻形变，因此感知到垂直压应力。
68.具体的，本发明设计的一种较佳的一种基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手的大小规格为：仿生刚柔耦合多维力传感器中刚性传感结构的大小为2000微米*2000微米*300微米，在传感器四周均匀分布八个通孔，通孔的大小为400微米*400微米*300微米，通孔的间距为200微米，通孔举例传感器外侧边缘的距离为200微米，在孔内部含有两侧固定在衬底上的梁结构，其中梁的长轴朝向传感器的中心，梁的宽度为100微米，厚度为50微米，在梁的中心含有仿生切应力感知单元，包括仿生孔缝组和位于仿生孔缝组两侧的侧壁压敏电阻，仿生孔缝组内包含3条平行排列的圆形尖端孔缝，孔缝的长度为100微米，宽度为10微米，间距为10微米，在仿生孔缝组两侧设置有侧壁压敏电阻，侧壁压敏电阻在梁两侧的长度为80微米，刻蚀深度为5微米，在侧壁压敏电阻两端的梁平面上制作侧壁压敏电阻端点，端点的大小为10微米*10微米，深度为5微米，用于将侧壁电阻引出至平面上，在侧壁压敏电阻端点连接金引线，用于将侧壁压敏电阻的形变信息导出，金引线通过位于三条孔缝之间的间距引出至位于传感器外侧的引脚上，在传感器的中心设置垂直应力感知结构，包含蛇型压敏电阻和硅薄膜结构，蛇型压敏电阻包含6个直角拐角，在蛇型压敏电阻两端设置电阻端点，通过金引线将蛇型压敏电阻引出至传感器外侧的引脚上，硅薄膜结构的厚度为50微米，传感器外侧的引脚的大小为10微米*10微米。
69.金引线将刚性传感结构的引脚引出至位于刚性传感结构下的信号引出线上，柔性包裹材料整体包裹刚性传感结构和信号引出线，形成仿生刚柔耦合多维力传感器，柔性材料包裹的厚度为2mm，制作出的仿生刚柔耦合多维力传感器的大小在6mm*6mm*5mm左右，仿生刚柔耦合多维力传感器分布在机械手的手指尖，手指中部和手指根部，由于小指和食指的长度较短，因此省略位于手指中部的传感器，在手掌外侧，中心和内侧个包含一个传感器，位于机械手掌上的每个传感器通过引线，引出至位于手腕位置的信号汇总线，将手掌上传感器阵列的信号引出。
70.本发明实施例所述的基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，包括以下步骤：
71.步骤s100、提供一衬底和手型驱动单元。
72.具体地，本发明中采用硅片作为衬底，智能机械手主体为手形驱动结构，手型驱动结构采用机械传动或者气动或者液压传动方式。
73.步骤s200、在所述衬底上制作切应力感知结构和垂直应力传感结构得到仿生刚柔耦合多维力传感器；
74.具体地，在所述衬底围绕中心的四周位置分别光刻蚀形成均匀的多个盲孔，在盲孔处光刻蚀形成长轴朝向衬底中心的所述切应力感应梁；在所述切应力感应梁上光刻掺杂剂孔位置，之后向下刻蚀掺杂剂孔，根据侧壁压敏电阻的高度确定刻蚀深度；光刻出掺杂剂位置、侧壁压敏电阻触点，并保留一定厚度光刻胶做掩膜，旋涂掺杂剂，使其填充到掺杂剂孔、所述侧壁压敏电阻触点内，加热所述衬底，使掺杂剂内的离子扩散到掺杂剂孔侧壁和电阻位置的器件层内，光刻所述侧壁压敏电阻形状，刻蚀掺杂剂孔四周除侧壁压敏电阻位置外的电阻，刻蚀梁上所述仿生孔缝结构，正面形成所述切应力感知结构；光刻金属引线位置，并用光刻胶填充掺杂剂孔，避免金属污染，金属溅射，之后剥离形成金属引线，背面刻蚀
器件层及埋氧层，释放梁结构和形成薄膜结构，光刻出掺杂剂位置、平面蛇型电阻端点，同样采用旋涂掺杂剂后热扩散形成压敏电阻的方式形成所述平面电阻，正面形成所述垂直应力传感结构；在所述侧壁压敏电阻端点连接所述引线，在所述平面蛇型电阻端点连接所述引线，将所述引线与所述信号引出线连接，信号引出线汇合形成信号采集线，将连接在信号采集线上的刚性mems结构放置在柔性基层上，并放置在灌胶模具中，之后向模具内灌注柔性材料，待结构固化之后，去除模具，得到单个所述仿生刚柔耦合多维力传感器。
75.具体地，侧壁压敏电阻为采用液体掺杂剂旋涂在硅片上，用热扩散的方式形成的，位于硅体侧面的压阻结构，包括侧面压敏电阻和平面电阻触点；液体掺杂剂填充刻蚀的掺杂剂孔内，由于热扩散导致掺杂剂内的离子进入硅中，形成压敏电阻，金属引线通过平面电阻触点连接侧面压敏电阻。由于其位于硅体侧面，因此对施加平行于平面的切应力敏感。
76.在本发明的一个较佳实施例中，本发明中侧壁压敏电阻及切应力感知梁的制作方式如图6所示。soi硅片的器件层和埋氧层如图6(a)，首先刻蚀掺杂剂孔，如图6(b)，掺杂剂孔位于梁两侧，深度根据需要形成的电阻参数确定，如本例中刻穿器件层。之后光刻掺杂剂填充位置，如图6(c)，采用光刻胶形成掩膜，其中在梁结构上预留出侧壁电阻接线端，用于后续步骤中引线的连接，需要注意光刻胶不能在侧壁上有残留，避免对后续步骤产生影响。之后向掺杂剂孔内填充掺杂剂，如图6(d)，依据需要形成的电阻类型选择p型掺杂剂或n型掺杂剂。再进行高温热扩散，使掺杂剂内的离子扩散进器件层内，在掺杂剂孔的侧壁上形成电阻，如图6(e)。之后刻蚀掉掺杂剂孔内除梁上侧壁电阻外的其他侧壁电阻，避免电阻干扰，同时刻蚀梁上仿生孔缝组结构，形成仿生切应力感应梁，如图6(f)。其中平面电阻的制作方式同传统的制作方式区别不大，需要注意的是在进行金引线的溅射步骤中需要对梁结构两侧的孔内填充光刻胶以保护形成的侧壁压敏电阻不受污染。
77.侧壁压敏电阻的益处：本专利采用旋涂掺杂剂，热扩散形成压敏电阻的方式形成侧壁压敏电阻和平面压敏电阻，区别于其他传统制作压敏电阻的方式。传统制作压敏电阻的方式只能形成平行于硅片的平面电阻，不能形成垂直于硅片的平面电阻，因此传统的传感器很难检测水平施加的切应力。采用本专利的方法，将掺杂剂填充到预电阻孔内，通过热扩散的方式，将掺杂离子扩散至孔的四壁内，刻蚀多余侧壁电阻之后形成了垂直于硅片的平面电阻。由于其垂直于硅片平面，对梁的侧向形变更加敏感，因此可实现切应力的感知。本专利中的侧壁压敏电阻即为采用此种方式制作。
78.步骤s300、将多个所述仿生刚柔耦合多维力传感器连接在所述手型驱动单元上形成仿生刚柔耦合多维力传感器阵列，得到所述基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手。
79.具体地，多个所述仿生刚柔耦合多维力传感器连接在手型驱动单元上，每个所述仿生刚柔耦合多维力传感器通过所述信号采集线形成信号汇总线，得到基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手。
80.综上所述，
81.本发明所提供的基于仿生刚柔耦合多维力感知的智能机械手，包括：手动驱动单元，分布在所述手动驱动单元上的仿生刚柔耦合多维力传感器阵列，位于所述手动驱动单元上连接所述仿生刚柔耦合多维力传感器阵列的信号采集线和连接所述信号采集线的信号汇总线，所述仿生刚柔耦合多维力传感器阵列包括多个仿生刚柔耦合多维力传感器，所
述仿生刚柔耦合多维力传感器包括刚性mems多维力传感结构，用于包裹所述刚性mems多维力传感结构的柔性包裹材料，被所述柔性包裹材料包裹的信号引出线和信号采集线，所述刚性mems多维力传感结构包括衬底，切应力感知结构，垂直应力传感结构，所述衬底上设置有多个通孔，所述通孔内设置有切应力感应梁，所述切应力感知结构包括所述切应力感应梁上设置的仿生孔缝结构、侧壁压敏电阻和侧壁压敏电阻端点，每个所述侧壁压敏电阻的两端与其中两个侧壁压敏电阻端点分别连接，所述侧壁压敏电阻端点通过引线与所述信号引出线连接，所述仿生孔缝结构包括设置在所述切应力感应梁上的仿生纵向缝，所述垂直应力传感结构包括所述衬底上设置的压应力感应薄膜，所述压应力感应薄膜上设置有平面蛇型电阻，所述衬底上设置有所述平面蛇型电阻的电阻端点，所述平面蛇型电阻的两端与两个所述电阻端点分别连接，所述电阻端点通过引线与所述信号引出线连接。仿生刚柔耦合多维力传感器呈阵列分布在手指尖、手指中部、手指根部和手掌上，信号采集线连接刚柔耦合仿生多维力传感器，并在手腕位置汇总至信号汇总线，将传感器的多维力信号传递出来，刚柔耦合仿生多维力传感器可以感知垂直施加的压应力和水平施加的切应力，通过刚柔耦合仿生多维力传感器采集的多维力信号，使机械手具有感知压应力和切应力的能力，依据多维力信号对机械手的状态进行控制，以实现不同力度的对物体的抓取、抛投动作。
82.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。