柔性电极、电子皮肤、外壳、机械臂及电极的生产方法与流程

本发明涉及电子皮肤技术领域，特别是涉及一种柔性电子皮肤的电极、电子皮肤、外壳、机械臂及电极的生产方法。

背景技术：

目前，机械设备探测接近物体的主要方法是通过壳体和物体进行物理接触。以接触式的电阻式壳体为例，电阻式壳体依靠接近物体与机器人接触后引起壳体的形变，并发送表征形变的接触信号。但是，若接近物体不直接接触电子皮肤，机械设备则无法实现对接近物体非接触式的距离检测，且当机械设备处于运动状态时，机械设备与物体进行接触容易造成物体的损坏。

如申请为：201980041854.5的专利中公开的机械设备的壳体、壳体组件、机械臂以及机器人，以及201980041894.x的专利中公开的传感电路、逻辑电路板、关节控制板、主控器板及机器人，提供了一种自电容感应原理的电子皮肤及其工作方法，其中的电极为导电金属片或在壳体上涂覆铜浆形成，这两种方式都存在加工困难、不易维护且稳定性不高的缺点。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是现有技术中的电子皮肤的电极存在的加工困难、不易维护且稳定性不高的缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电子皮肤的柔性电极，包括：基材层，所述基材层由柔性材料制成；电极，所述电极形成于所述基材层之上。

其中，所述电极是柔性的。

其中，所述电极的面积不小于4平方厘米，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至5毫米之间。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至1毫米之间。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至0.7毫米之间。

其中，保护层，所述保护层至少部分覆盖于所述电极上。

其中，所述电极的外缘被所述基材层和所述保护层的结合包覆。

其中，所述保护层构造有若干个缺口，所述缺口处裸露有电极。

其中，所述基材层由绝缘材料制成，所述电极由导电材料制成。

其中，所述基材层由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。

其中，所述保护层由绝缘材料制成，所述保护层与所述基材层共同形成了对所述电极整体至少5分之4表面积的包覆。

其中，所述保护层由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。

本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电子皮肤的柔性电极，包括：基材层，所述基材层由柔性材料制成；电极，所述电极设置于所述基材层之上，所述电极是柔性的。

其中，所述电极的面积不小于4平方厘米，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至5毫米之间。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至1毫米之间。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至0.7毫米之间。

其中，保护层，所述保护层设置于所述电极之上，所述保护层用于保护所述电极层。

其中，所述保护层与所述基材层共同形成了对所述电极整体大部分的包覆。

其中，所述保护层与所述基材层共同形成了对所述电极整体至少5分之4表面积的包覆。

其中，所述保护层与所述基材层共同形成了对所述电极外缘的包覆。

其中，所述电极至少部分裸露在外，构造电极连接点。

其中，所述基材层由绝缘材料制成，所述电极由导电材料制成。

其中，所述基材层由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。

其中，所述保护层由绝缘材料制成。

其中，所述保护层由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。

本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电子皮肤的柔性电极的生产方法，包括：在基材层上形成导电层；通过蚀刻或削铣所述导电层形成电极；所述基材层由柔性材料制成。

其中，所述在基材层上形成导电层包括：在所述基材层上通过电沉积或气相沉积或印刷或粘贴导电片形成导电层。

其中，在所述电极上构造保护层。

其中，在所述保护层上加工出缺口，或所述保护层上构造有缺口。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至5毫米之间，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路，所述电极是柔性的。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至1毫米之间，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路，所述电极是柔性的。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至0.7毫米之间，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路，所述电极是柔性的。

本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电子皮肤的柔性电极的生产方法，包括：在基材层上印刷电极或设置导电片从而形成电极；所述基材层由柔性材料制成。

其中，在所述电极上设置保护层，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

其中，在所述保护层上加工出缺口，或所述保护层上构造有缺口。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至5毫米之间，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路，所述电极是柔性的。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至1毫米之间，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路，所述电极是柔性的。

其中，所述电极的厚度为0.1毫米至0.7毫米之间，所述电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路，所述电极是柔性的。

本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电子皮肤，包括：上述的电极；以及检测电路板，所述电极与所述检测电路板电连接；所述电极能够与接近的导体构成电容，并能够将用于表征所述电容或其变化量的电信号传输至所述检测电路板的检测电路，所述检测电路板的检测电路用于将表征所述电容或其变化量的电信号转换为电容值或其变化量的电信号。

本发明采用的另一个技术方案是：提供一种装置的外壳，包括：壳体；以及上的电子皮肤；所述电子皮肤设置于所述壳体之上。

本发明采用的另一个技术方案是：提供一种机械臂，包括：本体；控制板；以及若干个上述装置的外壳，所述外壳设置于所述本体的外表面，所述控制板与所述检测电路板电连接。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种电子皮肤的柔性电极，通过预制形成的柔性电极，作为自电容式电子皮肤的电极应用时，容易设置于希望设置的位置上或容易设置于装置的外壳上，也容易替换维护，且具备稳定性高的优点，同时，还能够随形设置，能够依附设置于复杂的表面或环境中。

附图说明

图1是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图；

图2是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图；

图3是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图；

图4是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图；

图5是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图；

图6是图5实施例中的柔性电极的基材层的结构示意图；

图7是图5实施例中的柔性电极的导电层的结构示意图；

图8是图5实施例中的柔性电极的保护层的结构示意图；

图9是图5实施例中的柔性电极的封边的结构示意图；

图10是图5实施例中的柔性电极的背面的结构示意图；

图11是本发明一实施例中的柔性电极的生产方法的流程图；

图12是本发明一实施例中的柔性电极的生产方法的流程图；

图13是本发明一实施例中的柔性电极的生产方法的流程图；

图14是本发明一实施例中的柔性电极的生产方法的流程图；

图15是本发明一实施例中的电子皮肤的结构示意图；

图16是本发明一实施例中的装置的外壳的结构示意图；

图17是本发明一实施例中的机械臂的结构示意图。

具体实施方式

现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求书限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。

本文的实施方式整体涉及一种利用自电容感应原理(互电容感应原理亦可应用本发明的提供方案)对与其接近或接触的导体进行接近程度感测的电子皮肤，以及其进一步的应用，例如：设置有电子皮肤的装置的外壳、设置有设置有电子皮肤的装置的外壳的机械臂。在本发明中，电子皮肤的柔性电极主要用于设置于机械臂的外壳之上，作为对与其接近或接触的导体的感测元件。

下面将对现有技术中的利用自电容原理进行感测的电子皮肤的电极的形成方式存在的缺点进行讨论，1.通过铜箔作为电极，铜箔通常具备一定的厚度和强度，机械臂的外壳通常具备一定的弧度(复杂曲面)，将铜箔设置于机械臂的外壳一般只能通过卡接或粘贴的方式，这样使得铜箔很难与机械臂的外壳密切结合，进而机械臂在运动时，由于振动会导致铜箔发生微量形变，而这种形变会对感测效果的准确性带来较大的干扰和影响，因此，通过机械臂的外壳贴附铜箔的方式存在一定的缺陷；2.通过在机械臂的外壳上喷涂铜浆方式形成电极，这种方式形成的电极虽然与外壳能够密切结合，但是其结构强度不高，受到震动时容易破碎，导致感测效果变差，由于是与检测电路的连接点的位置，更容易断裂脱焊，导致失灵。上述现有技术的实现方式及其负面效果，仅为为了方便理解现有技术存在的缺陷而进行的示例式的提供，本发明的技术方案具备的效果、好处和能够解决的问题并不以上述的举例构成限制。

参阅图1，图1是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图：

在本实施例中，电子皮肤的柔性电极1包括：基材层11和电极12，基材层11可以由柔性材料制成，电极12可以通过电沉积或气相沉积或印刷或粘贴导电片等方式形成于基材层11之上，即：电极可以通过直接基材层11上通过物理或化学手段形成，也可以是预制好的导电片，设置于基材层11上，从而形成电极12。

在本实施例中，电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

在一些实施例中，外部电路是用于检测电容值或其变化量的检测电路。

在一些实施例中，在基材层上可以先形成导电层，然后通过加工形成电极，也可以在基材层上直接形成或设置电极，不需要额外的加工，这是本领域技术人员能够根据现有技术手段选择和实现的。

在一些实施例中，电极是柔性的，电极和基材层的柔性可以是指在受到较小外力(例如：0.1～5牛顿的力)的影响下，比较容易产生塑性的或非塑性的形变，也可以简单解释为受力容易变形。

在一些实施例中，电极的面积不小于4平方厘米，例如：4平方厘米、5平方厘米、8平方厘米、10平方厘米、15平方厘米、20平方厘米、30平方厘米、50平方厘米、80平方厘米、100平方厘米。由于自电容的检测原理限制，电极与导体之间的正对面积是决定检测距离的关键参数，电极与导体之间的最大正对面积等于电极的面积，而过小的电极会使对与其接近的导体的非接触式检测变得困难。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至5毫米之间，例如：0.1毫米、1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至1毫米之间，例如：0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.5毫米、0.8毫米、1毫米。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至0.7毫米之间，例如：0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.7毫米。

在一些实施例中，电极可以由金属材料制成，例如：铜，金、银。在宏观条件下，通常其柔韧性都较差，难以变形，但是当其厚度降低到一定程度后，就会具备柔性，但同时也会具备一定的韧性，例如：电极由铜制成，当其厚度在1毫米～5毫米之间时，韧性较强，柔性较差，当其厚度在0.1毫米至0.7毫米之间时，柔性较好，容易产生非塑性的形变。

在一些实施例中，基材层由绝缘材料制成，电极由导电材料制成。

在一些实施例中，基材层由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。

参阅图2，图2是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图：

在本实施例中，电子皮肤的柔性电极2包括：基材层21、电极22和保护层23，电极22设置于基材层21之上，保护层23至少部分覆盖于电极22上，保护层23由绝缘材料制成。

在一些实施例中，保护层由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。

参阅图3，图3是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图：

在本实施例中，电子皮肤的柔性电极3包括：基材层31、电极32、保护层33、粘接层34和粘接层35，基材层31和电极32通过粘接层34粘接在一起，电极32和保护层33通过粘接层35粘接在一起。

参阅图4，图4是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图：

在本实施例中，电子皮肤的柔性电极4包括：基材层41、电极42和保护层43，基材层41和保护层43对电极42的两侧整体覆盖，并且在电极42的外缘出基材层41和保护层43直接结合，从而对电极42进行整体的包覆，从而起到保护电极42的作用。

在一些实施例中，保护层与基材层共同形成了对电极整体至少5分之4表面积的包覆，未被包覆的地方可以作为电极连接点。

请一并参阅图5-10，图5是本发明一实施例中的柔性电极的结构示意图、图6是图5实施例中的柔性电极的基材层的结构示意图、图7是图5实施例中的柔性电极的导电层的结构示意图、图8是图5实施例中的柔性电极的保护层的结构示意图、图9是图5实施例中的柔性电极的封边的结构示意图、图10是图5实施例中的柔性电极的背面的结构示意图：

在本实施例中，电极511的一侧设置有基材层521，另一侧设置有保护层522，保护层522构造有连接点开口5221，基材层521与保护层在电极511的外缘处直接结合形成有封边523，连接点开口5221处裸露的电极511作为电极连接点可以用于焊接连接件。

在一些实施例中，保护层与基材层共同形成了对电极整体大部分的包覆，裸露部分电极在做作为电极连接点，用于焊接连接件。

在一些实施例中，保护层与基材层共同形成了对电极整体至少5分之4表面积的包覆，未被包覆的地方可以作为电极连接点。

参阅图11，图11是本发明一实施例中的柔性电极的生产方法的流程图：

在本实施例中，包括以下步骤：

s101：在基材层上形成导电层。

在本实施例中，基材层由柔性材料制成；

在一些实施例中，导电层可以通过在基材层上电沉积或气相沉积或印刷或粘贴导电片形成。

s102：通过蚀刻或削铣导电层形成电极。

在本实施例中，电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至5毫米之间，例如：0.1毫米、1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至1毫米之间，例如：0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.5毫米、0.8毫米、1毫米。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至0.7毫米之间，例如：0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.7毫米。

在一些实施例中，电极可以由金属材料制成，例如：铜，金、银。在宏观条件下，通常其柔韧性都较差，难以变形，但是当其厚度降低到一定程度后，就会具备柔性，但同时也会具备一定的韧性，例如：电极由铜制成，当其厚度在1毫米～5毫米之间时，韧性较强，柔性较差，当其厚度在0.1毫米至0.7毫米之间时，柔性较好，容易产生非塑性的形变。

在一些实施例中，电极是柔性的。

参阅图12，图12是本发明一实施例中的柔性电极的生产方法的流程图：

在本实施例中，包括以下步骤：

s201：在基材层上通过电沉积或气相沉积或印刷或粘贴导电片形成导电层，例如：1.在基材层上通过电沉积技术将含有铜离子的水溶液中的铜离子沉积在基材层上，从而形成导电层；2.在基材层上通过气相沉积技术将含有铜离子的气体中的铜离子沉积在基材层上，从而形成导电层；3.将导电片粘贴在基材层上形成导电层。

s202：通过蚀刻或削铣导电层形成电极。

在一些实施例中，可以通过物理或化学手段，改变或调整导电层的形状和厚度，使其达到预期的效果，从而形成电极。

s203：在电极上构造保护层。

在一些实施例中，可以通过粘贴等方式将保护层设置于电极之上，保护层由绝缘材料制成，从而保护至少部分电极被绝缘隔离，且能够起到物理屏障的作用，避免电极受损。

在一些实施例中，保护层由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。

s203：在保护层上加工做缺口。

在本实施例中，该缺口可以做为焊接电极的电极连接点。

在一些实施例中，可以在保护层未设置于电极之上前，预先在保护层上加工出缺口。

参阅图13，图13是本发明一实施例中的柔性电极的生产方法的流程图：

在本实施例中，包括以下步骤：

s301：在基材层上印刷电极或设置导电片形成电极。

在本实施例中，可以先准备基材层，基材层是柔性的，然后在其上直接印刷电极，具体地，本领域技术人员可以通过印刷电路板或成产柔性电路板的制造工艺实现，即，利用生成电路板上的电路的工艺，形成电极。

在本实施例中，也可以直接在基材层上设置导电片形成电极，电极的形状和厚度可以预先加工好，也可以设置之后另外加工。

在本实施例中，电极能够与接近的导体构成电容并能够将表征电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至5毫米之间，例如：0.1毫米、1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至1毫米之间，例如：0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.5毫米、0.8毫米、1毫米。

在一些实施例中，电极的厚度为0.1毫米至0.7毫米之间，例如：0.1毫米、0.2毫米、0.3毫米、0.4毫米、0.5毫米、0.6毫米、0.7毫米。

在一些实施例中，电极可以由金属材料制成，例如：铜，金、银。在宏观条件下，通常其柔韧性都较差，难以变形，但是当其厚度降低到一定程度后，就会具备柔性，但同时也会具备一定的韧性，例如：电极由铜制成，当其厚度在1毫米～5毫米之间时，韧性较强，柔性较差，当其厚度在0.1毫米至0.7毫米之间时，柔性较好，容易产生非塑性的形变。

在一些实施例中，电极是柔性的。

参阅图14，图14是本发明一实施例中的柔性电极的生产方法的流程图：

在本实施例中，包括以下步骤：

s401：在基材层上印刷电极或设置导电片形成电极。

s402：在电极上设置保护层。

在一些实施例中，可以通过粘贴等方式将保护层设置于电极之上，保护层由绝缘材料制成，从而保护至少部分电极被绝缘隔离，且能够起到物理屏障的作用，避免电极受损。

在一些实施例中，保护层由聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的材料制成。

s403：在保护层上加工出缺口。

在本实施例中，该缺口可以做为焊接电极的电极连接点。

在一些实施例中，可以在保护层未设置于电极之上前，预先在保护层上加工出缺口。

参阅图15，图15是本发明一实施例中的电子皮肤的结构示意图：

在本实施例中，包括：上述实施例中的电子皮肤的柔性电极61；以及检测电路板62，电极61与检测电路板62电连接，电极61能够与接近的导体构成电容，并能够将用于表征电容或其变化量的电信号传输至检测电路板62的检测电路，检测电路板62的检测电路用于将表征电容或其变化量的电信号转换为电容值或其变化量的电信号。

在一些实施例中，电子皮肤的柔性电极也可以是图11至图14中任一实施例中的电子皮肤的柔性电极的生产方法生产的电子皮肤的柔性电极。

参阅图16，图16是本发明一实施例中的装置的外壳的结构示意图：

在本实施例中，包括：壳体7，以及图15实施例中的电子皮肤，电子皮肤设置于壳体之上。

在一些实施例中，电子皮肤可以贴附于壳体的内侧或外侧，也可以夹设于内侧壳体和外侧壳体之间。

参阅图17，图17是本发明一实施例中的机械臂的结构示意图：

在本实施例中，机械臂8包括若干个机械臂关节81和若干个关节长臂82以及控制板，可以在机械臂关节81和/或关节长臂82设置至少一个图16实施例中的装置的外壳83用于感测外部接近的导体，控制板(图未示)与装置的外壳83中的检测电路板电连接。

综上所述，上述实施例中的电子皮肤的柔性电极具备以下优点：

1.容易生产，因其结构简单，能够适应于不同的生产方法生产，即能够适应大批量的生产，也能够小批量的手工加工生产，能够应对不同的生产条件和环境需求；

2.因其柔性可挠而容易设置(容易设置于具备复杂曲面的装置的外壳中)，具体地，因为其容易加工成特定形状，且其为柔性的容易随形设置，因此，在具体地部署环境中，非常容易设置，可以随形设置，可以贴附设置，可以夹设于两层壳体之间；

3.生产和设置成本低，结构简单，可以简单粘贴形成，也可以通过热熔、沉积、借鉴fpc等生产工艺生产，不管大规模还是小批量都能够低成本的生产，设置成本低是指：能够简单通过贴附或夹设固定，即可完成设置，而现有技术中，通过在壳体上喷涂铜浆的方式形成电极的方式，生产方法复杂，良品率不高；

4.可靠性高，由于电极的一侧或两侧，具有保护结构(基材层和保护层)，对电极形成了保护，能够使其免于在生产、设置过程中，被破坏，另一方面，由于柔性的电极其厚度必然较薄，弯曲时容易断裂，导致失效，而本方案中的电极因其具备的保护结构，一方面不容易断裂，另一方面，即使断裂，也由于其依附在保护结构上，在恢复形变后，断裂出也能够续接，只要电极整体上是导通的，哪怕有一些裂痕，也不影响检测效果；

5.容易替换和维护，因其通常采用贴附或夹设的方式，在受损或设备更新时，只需要直接替换新的即可，而采用通过在壳体上喷涂铜浆的方式形成电极的方式，只能整体替换，无法维护。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。