TWI671509B - 觸覺感測器 - Google Patents

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Abstract

一種觸覺感測器包括彈性介電層、多條第一帶狀電極以及多條第二帶狀電極。彈性介電層具有相對的第一表面與第二表面。第一帶狀電極配置於第一表面。各第一帶狀電極沿第一方向延伸，且包括沿第一方向連接成串的多個第一感測部。第二帶狀電極配置於第二表面。各第二帶狀電極沿第二方向延伸。第一方向與第二方向相交。各第一感測部在第一方向具有第一延伸長度以橫跨N個第二帶狀電極，而各第一感測部在平行於第二方向具有第一邊緣，第一邊緣對齊其中一個第二帶狀電極的邊緣，且N為大於1的正整數。

Description

觸覺感測器
本發明是有關於一種感測器，且特別是有關於一種觸覺感測器。
近幾十年來，隨著人工智慧相關技術的快速發展，已經逐步衍生出許多自主式仿人協作機器人。理想的自主式仿人協作機器人必須對周邊環境(包括人、工件、其他機器人與物體)的變化具有足夠的感知能力，以確保能安全地、正確地執行動作。因此，相關的觸覺感測器除了可以感測與辨別壓力大小外，也必須具備可辨別剪力的功能。
可同時感測多維度力量的多模式觸覺感測器成為研究主題已有許多年。但，受限於製程設備，許多觸覺感測器僅能在平面上製作，不能直接製作於曲面上，或是製作於曲面的製程複雜且成本高。
本發明提供一種觸覺感測器，具有簡單的結構且可製作於曲面上。
本發明的一種觸覺感測器包括彈性介電層、多條第一帶狀電極以及多條第二帶狀電極。彈性介電層具有相對的第一表面與第二表面。第一帶狀電極配置於第一表面。各第一帶狀電極沿第一方向延伸，且包括沿第一方向連接成串的多個第一感測部。第二帶狀電極配置於第二表面。各第二帶狀電極沿第二方向延伸。第一方向與第二方向相交。各第一感測部在第一方向具有第一延伸長度以橫跨N個第二帶狀電極，而各第一感測部在平行於第二方向具有第一邊緣，第一邊緣對齊其中一個第二帶狀電極的邊緣，且N為大於1的正整數。
基於上述，本發明實施例的觸覺感測器在簡單的結構設計下可以提供剪力與壓力的多維度的應力感測，且可以製作在曲面上。
為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例的觸覺感測器的局部示意圖。如圖1所示，觸覺感測器100包括彈性介電層110、多條第一帶狀電極120與多條第二帶狀電極130。彈性介電層110的材質可包括聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)、矽氧樹脂、環氧樹脂或其組合。在其他實施例中，只要是受外力可產生壓縮及/或拉伸變形，且變形後可恢復原狀的介電材料都可用以製作彈性介電層110。彈性介電層110的厚度可以為50微米至500微米，且彈性介電層110的硬度可以為蕭氏(SHORE)硬度A型30至90。彈性介電層110具有相對的第一表面112與第二表面114。第一帶狀電極120都配置於第一表面112，且第二帶狀電極130都配置於第二表面114。
第一帶狀電極120與第二帶狀電極130都是由可導電且可以圖案化而具有固定形狀與輪廓的導電材料製作而成。圖2A與圖2B為本發明一實施例的觸覺感測器中第一帶狀電極與第二帶狀電極的上視示意圖。各第一帶狀電極120沿第一方向D1延伸，且多條第一帶狀電極120彼此平行地排列。各第一帶狀電極120包括多個第一感測部122以及多個第一連接部124。各第一連接部124連接於相鄰兩個第一感測部122之間。因此，各第一帶狀電極120可為第一感測部122連接成串而構成的電極。在其他實施例中，各第一帶狀電極120可包括延伸於各第一帶狀電極120的整體長度的走線，以將第一感測部122連接成串，而取代第一連接部124。
各第二帶狀電極130沿第二方向D2延伸，且多條第二帶狀電極130彼此平行地排列。在此，第一方向D1與第二方向D2彼此垂直，但不以此為限。各第二帶狀電極130包括多個第二感測部132以及多個第二連接部134。各第二連接部134連接於相鄰兩個第二感測部132之間。因此，各第二帶狀電極130可為第二感測部132連接成串而構成的電極。在其他實施例中，各第二帶狀電極130可包括延伸於各第二帶狀電極130的整體長度的走線，以將第二感測部132連接成串，而取代第二連接部134。
各第一感測部122在第一方向D1具有第一延伸長度L122，且第一延伸長度L122使得單個第一感測部122可以橫跨N個第二帶狀電極130，N為大於1的正整數。另外，各第二感測部132在第二方向D2具有第二延伸長度L132，且第二延伸長度L132使得單個第二感測部132可以橫跨M個第一帶狀電極120，M為大於1的正整數。具體來說，在圖2A與圖2B中，各第一帶狀電極120的單個第一感測部122橫跨N個第二帶狀電極130的第二感測部132，各第二帶狀電極130的單個第二感測部132橫跨M個第一帶狀電極120的第一感測部122，且N與M皆為2，但本發明實施例不以此為限。在如此的配置之下，其中一個第一感測部122可與其中一個第二感測部132重疊以定義出一個電容感測單元CS。另外，每N×M個電容感測單元CS可以定義出一個剪力感測元件SS。
各第一感測部122具有平行第一方向D1的第一邊緣122E1以及平行第二方向D2的第一邊緣122E2。各第二感測部132具有平行第一方向D1的第二邊緣132E1以及平行第二方向D2的第二邊緣132E2。以本實施例而言，其中一個第一邊緣122E1對齊其中一個第二邊緣132E1，且其中一個第一邊緣122E2對齊其中一個第二邊緣132E2。也就是說，各第一感測部122的部分邊緣可對齊其中一個第二帶狀電極130的部分邊緣。相似的，各第二感測部132的部分邊緣可對齊其中一個第一帶狀電極120的部分邊緣。
以本實施例而言，各第一感測部122沿第二方向D2所量測的寬度W122大於各第一連接部124沿第二方向D2所量測的寬度W124。舉例而言，第一連接部124的寬度W124可不大於第一感測部122的寬度W122的1/2。第一連接部124的寬度W124可為第一感測部122的寬度W122的1/3、1/4或其他比例。相似地，各第二感測部132沿第一方向D1所量測的寬度W132大於各第二連接部134沿第一方向D1所量測的寬度W134。第二連接部134的寬度W134可不大於第二感測部132的寬度W132的1/2。第二連接部134的寬度W134可為第二感測部132的寬度W132的1/3、1/4或其他比例。
在本實施例中，電容感測單元CS是由第一感測部122與第二感測部132的重疊面積定義出來的。第一帶狀電極120與第二帶狀電極130之間的彈性介電層110具有可拉伸及壓縮的性質，因此剪力感測元件SS在受到剪力時，第一帶狀電極120與第二帶狀電極130的相對位置會發生位移。如果第一連接部124與第二連接部134的寬度接近於第一感測部122與第二感測部132的寬度，則第一帶狀電極122相對於第二帶狀電極132在第一方向D1或第二方向D2上位移時，電容感測單元CS的電容變化可能無法正確被判別出來。因此，第一連接部124的寬度W124不大於第一感測部122的寬度W122的1/2，且第二連接部134的寬度W134不大於第二感測部132的寬度W132的1/2，這有助於使得電容感測單元CS的電容變化較為正確地反映出電極位移的幅度。
圖3為本發明一實施例的觸覺感測器的剖面示意圖。由圖3可知，觸覺感測器200包括彈性介電層110、第一帶狀電極120、第二帶狀電極130、第一承載層240與第二承載層250。彈性介電層110、第一帶狀電極120與第二帶狀電極130的相對配置關係、圖案設計及材質大致相同於前述實施例，因此第一帶狀電極120與第二帶狀電極130的布局設計可如圖2A與圖2B所示。第一承載層240配置於彈性介電層110的第一表面112，而第二承載層250配置於彈性介電層110的第二表面114。同時，第一帶狀電極120配置於第一承載層240上而第二帶狀電極130配置於第二承載層250上。相較於彈性介電層110，第一承載層240與第二承載層250具有較不容易被壓縮或被拉伸的特性。因此，配置於第一承載層240上的第一帶狀電極120可具有固定間距，且配置於第二承載層250上的第二帶狀電極130可具有固定間距，但第一帶狀電極120與第二帶狀電極130之間的距離及相對位置可隨彈性介電層110的形變而有所改變。
在本實施例中，可先將第一帶狀電極120製作於第一承載層240上且將第二帶狀電極130製作於第二承載層250上。接著，將配置有第一帶狀電極120的第一承載層240以及配置有第二帶狀電極130的第二承載層250貼附於彈性介電層110的第一表面112與第二表面114以構成觸覺感測器200。或是，在將第一帶狀電極120製作於第一承載層240上且將第二帶狀電極130製作於第二承載層250之後，先於第二承載層250以塗布方式形成彈性介電層110，且待彈性介電層110固化後再將第一承載層240貼附於彈性介電層110。另外，形成彈性介電層110後，可以先將第一帶狀電極120製作於彈性介電層110上，再於第一帶狀電極120上形成第一承載層240。也就是說，配置有第一帶狀電極120的第一承載層240不須事先製作完成，而是將第一帶狀電極120與第一承載層240依序製作於彈性介電層110上。
配置有第一帶狀電極120的第一承載層240以及配置有第二帶狀電極130的第二承載層250各自可以由印刷電路板(printed circuit board)或是可撓式電路板(flexible printed circuit board)構成。或是，第一承載層240與第二承載層250可分別是玻璃基板、塑膠基板等具有支撐特性且可以使第一帶狀電極120與第二帶狀電極130維持固定間距的層狀物或是板狀物。
圖4為本發明另一實施例的觸覺感測器的剖面示意圖。如圖4所示，觸覺感測器300包括彈性介電層110、多條第一帶狀電極120、多條第二帶狀電極130、第一承載層340、第二承載層350、曲面基底360以及保護層370。彈性介電層110、第一帶狀電極120與第二帶狀電極130的相對配置關係、圖案設計及材質大致相同於前述實施例，因此第一帶狀電極120與第二帶狀電極130的布局設計可如圖2A與圖2B所示且彈性介電層110的特性如圖1的實施例所述。
第一帶狀電極120配置於第一承載層340上，且第二帶狀電極130配置於第二承載層350上。第一承載層340與第二承載層350分別配置於彈性介電層110的第一表面112與第二表面114，且第一表面112與第二表面114彼此相對。在本實施例中，曲面基底360為一個具有立體結構且外表面360S為曲面的物體。第一承載層340、第二承載層350與彈性介電層110配置於曲面基底360並且順應於外表面360S而撓曲。因此，觸覺感測器300是一個具有非平面造型的感測器而可應用於廣泛的領域中。舉例而言，曲面基底360可以應用於機器人等人工智慧裝置中，以作為應力的感測器。
以圖4而言，第一承載層340配置於第一帶狀電極120與彈性介電層110之間，而第二帶狀電極130配置於第二承載層350與彈性介電層110之間。不過，帶狀電極與承載層的配置位置可基於不同製作方法而有所不同。在其他實施例中，第一帶狀電極120與第一承載層340的配置位置可互換，或是第二帶狀電極130與第二承載層350的配置位置可互換。
在一些實施例中，可將雷射可觸發材料形成於曲面基底360上並隨後將雷射可觸發材料固化以構成第二承載層350。雷射可觸發材料包括分散於絕緣膠體中的多個觸發粒子。此處，作為雷射可觸發材料的絕緣膠體的材質包括環氧樹脂(EPOXY)、聚氨酯(PU)或環烯烴類共聚物/聚合物(Cyclic olefin copolymer/polymer, COC/COP)等。觸發粒子可以是由金、銀、銅、錫、鋁、鎳及鈀等構成的有機金屬粒子、金屬螯合物；也可以是氮化鎵、硫化鋅、碳化矽、氧化鋅、二氧化鈦等能隙大於或等於3電子伏特之半導體微粒。另外，觸發粒子可均勻散佈於絕緣膠體中，且佔觸發材料0.1-30%的重量百分比。雷射可觸發材料可利用噴塗的方式形成於曲面基底360上。因此，第二承載層350可順應於曲面基底360而彎曲。接著，可在由雷射可觸發材料固化而成的第二承載層350的表面進行表面雷射處理。表面雷射處理的步驟是將雷射束照射於第二承載層350的表面上的選定區域，以在選定區域形成圖案。
之後，可利用無電鍍的方式在上述圖案處形成第二帶狀電極130。在此，無電鍍的方式例如是將形成有上述圖案的第二承載層350(及曲面基底360)浸入鍍液中，以讓導電金屬材料沉積在圖案所在區域以構成第二帶狀電極130，其中鍍液可為銅鍍液、鎳鍍液或其他可執行無電鍍以沉積形成導電金屬材料的鍍液。
第二帶狀電極130的製作步驟後可在第二帶狀電極130與第二承載層350上形成彈性介電層110。彈性介電層110的材質可包括聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)、矽氧樹脂、環氧樹脂或其組合。在其他實施例中，只要是受外力可產生壓縮及/或拉伸變形，且變形後可恢復原狀的介電材料都可用以製作彈性介電層110。彈性介電層110的厚度可以為50微米至500微米，且彈性介電層110的硬度可以為蕭氏(SHORE)硬度A型30至90。彈性介電層110可利用塗布的方式形成於第二帶狀電極130與第二承載層350上。因此，彈性介電層110可順應於第二承載層350而彎曲。
之後，可採用相同於第二帶狀電極130與第二承載層350的製作方法，於彈性介電層110上形成第一帶狀電極120與第一承載層340。此外，還可以進一步在第一帶狀電極120與第一承載層340上形成保護層370以完成觸覺感測器300。保護層370可以採用塗布的方式形成於第一承載層340上，且保護層370的材質可包括絕緣高分子材料，例如聚亞醯胺(Polyimide)、丙烯酸樹脂(Acrylic resins)或聚氨酯(PU)等。
在這樣的實施例中，彈性介電層110、多條第一帶狀電極120、多條第二帶狀電極130、第一承載層340、第二承載層350以及保護層370都採用非貼附的方式形成於曲面基底360。因此，彈性介電層110、多條第一帶狀電極120、多條第二帶狀電極130、第一承載層340、第二承載層350以及保護層370雖然順應於曲面基底360的外表面360S而呈現彎曲狀，卻無基於彎曲所導致的應力，使觸覺感測器300具有理想的良率與使用壽命。
在其他實施例中，可先將第一帶狀電極120製作於第一承載層340上，將第二帶狀電極130製作於第二承載層350，將彈性介電層110預先製作成層，再將第二承載層350、彈性介電層110與第一承載層340依序貼附於曲面基底360上。此時，彈性介電層110、第一承載層340與第二承載層350的材質可選擇對於撓曲應力的容受力較大的材質，來達良好的良率與使用壽命。若是採用貼附的方式將第二承載層350、彈性介電層110與第一承載層340依序形成於曲面基底360上，第一帶狀電極120與第一承載層340的堆疊順序以及第二帶狀電極130與第二承載層350的堆疊順序可以相同於圖4繪製的關係，也可以不同於圖4繪製的關係。
請繼續參照圖2A與圖2B，由上視圖可知，各第一帶狀電極120的單個第一感測部122橫跨N個第二帶狀電極130的第二感測部132，各第二帶狀電極130的單個第二感測部132橫跨M個第一帶狀電極120的第一感測部122，且N與M皆為2。在如此的配置之下，其中一個第一感測部122可與其中一個第二感測部132重疊以定義出一個電容感測單元CS。另外，每N×M個電容感測單元CS可以定義出一個剪力感測元件SS。以下將搭配圖式說明剪力感測元件SS的感測操作。
圖5為本發明一實施例的剪力感測元件未受剪力的示意圖。剪力感測元件SS由兩個第一感測部122與兩個第二感測部132構成而包括2×2排列的四個電容感測單元CSa、CSb、CSc與CSd。四個電容感測單元CSa、CSb、CSc與CSd分別由其中一個第一感測部122與其中一個第二感測部132彼此重疊的重疊面積定義出來。這四個電容感測單元CSa、CSb、CSc與CSd的電容值可分別以電容C 11、電容C 12、電容C 21與電容C 22來表示。
圖6~8為本發明一實施例的剪力感測元件受到剪力的示意圖。在圖6中，剪力感測元件SS受到第一方向D1上的剪力使得第一感測部122相對於第二感測部132在第一方向D1上位移一段距離L。此時，電容感測單元CSa與電容感測單元CSc的面積未改變，因此電容C 11與電容C 21未發生改變。不過，電容感測單元CSb的面積與電容感測單元CSd的面積都因為電極的位移而縮減，這導致電容C 12與電容C 22減小，且電容C 12與電容C 22的減少量與電極的位移量成正比。如此一來，剪力感測元件SS受到第一方向D1上的剪力的大小可以由電容C 11與電容C 12的比值或是電容C 21與電容C 22的比值來判定。
在圖7中，剪力感測元件SS受到第二方向D2上的剪力使得第一感測部122相對於第二感測部132在第二方向D2上位移一段距離W。此時，電容感測單元CSa與電容感測單元CSb的面積未改變，因此電容C 11與電容C 12未發生改變。不過，電容感測單元CSc的面積與電容感測單元CSd的面積都因為電極的位移而縮減，這導致電容C 21與電容C 22減小，且電容C 21與電容C 22的減少量與電極的位移量成正比。如此一來，剪力感測元件SS受到第二方向D2上的剪力的大小可以由電容C 21與電容C 11的比值或是電容C 22與電容C 12的比值來判定。
在圖8中，剪力感測元件SS受到斜向的剪力使得第一感測部122相對於第二感測部132在第一方向D2上位移一段距離L也在第二方向D2上位移一段距離W。此時，電容感測單元CSa的面積未改變，因此電容C 11未發生改變。不過，電容感測單元CSb、電容感測單元CSc的面積與電容感測單元CSd的面積都因為電極的位移而縮減，這導致電容C 12、電容C 21與電容C 22減小，且電容C 12、電容C 21與電容C 22的減少量與電極的位移量成正比。如此一來，剪力感測元件SS受到第一方向D1上的剪力的大小可以由電容C 11與電容C 12的比值或是電容C 21與電容C 22的比值來判定，且剪力感測元件SS受到第二方向D2上的剪力的大小可以由電容C 21與電容C 11的比值或是電容C 22與電容C 12的比值來判定。
圖9為本發明一實施例的未受應力與受到應力的剪力感測元件的剖面示意圖。請參照圖9，剪力感測元件SS的第一感測部122與第二感測部132之間設置有彈性介電層110。在受到應力時，如圖9所示，彈性介電層110的厚度l 0會由原始狀態被壓縮而縮減一段距離z。這樣的應力之下，第一帶狀電極122與第二帶狀電極132之間的電容會增大，且距離z越大電容增加量越大。
由圖6到圖9可知，剪力感測元件SS在受到應力時，除了第一感測部122與第二感測部132的相對在第一方向D1及/或第二方向D2上發生位移外，也第一帶狀電極122與第二帶狀電極132在厚度方向上的距離也會改變。因此，剪力感測元件SS在受到應力時，除了橫向的位移外，厚度方向上的距離改變也會導致各個電容感測單元CS的電容發生變化。不過，無論橫向位移為何，剪力感測元件SS中至少有一個電容感測單元CS的電容不受電極的橫向位移而改變。
以圖6而言，電容感測單元CSa與CSc的電容不受電極的橫向位移而改變。因此，剪力感測元件SS在受到應力時，如果發生圖6的電極位移情形，可利用電容感測單元CSa與CSc的電容變化來判定圖9中的距離z的大小。以圖7而言，電容感測單元CSa與CSb的電容不受電極的橫向位移而改變。因此，剪力感測元件SS在受到應力時，如果發生圖7的電極位移情形，可利用電容感測單元CSa與CSb的電容變化來判定圖9中的距離z的大小。以圖8而言，電容感測單元CSa的電容不受電極的橫向位移而改變。因此，剪力感測元件SS在受到應力時，如果發生圖8的電極位移情形，可利用電容感測單元CSa的電容變化來判定圖9中的距離z的大小。
舉例而言，如果發生圖8的電極位移情形，距離z可由下列公式求得：z= l 0-(Ɛ/C 11)×(W132×W122)，其中Ɛ為彈性介電層110的介電係數，C 11為圖8中電容感測單元CSa的電容值，W132為第二感測部132在第一方向D1的寬度，W122為第一感測部122在第二方向D2的寬度，且l 0為彈性介電層110在未受應力時的厚度。如此一來，剪力感測元件SS所受到的平行於厚度方向的正向應力F的大小為F=E(z/ l 0)，其中E為彈性介電層110的楊氏模數。
另外，根據電容的大小與電極面積成正比的關係，圖6到圖8中的電極橫移的距離可以藉由以下公式求得。圖6與圖8中，距離L可由以下公式求得：
L=(1- C 12/C 11)×W132 或是
L=(1- C 22/C 21)×W132，其中W132為第二感測部132在第一方向D1的寬度。圖7與圖8中，距離W可由以下公式求得：W=(1- C 21/C 11)×W122或是W=(1- C 22/C 12)×W122，其中W122為第一感測部122在第二方向D2的寬度。
圖10為本發明另一實施例的觸覺感測器中第一帶狀電極與第二帶狀電極的上視示意圖。在圖10中，各第一帶狀電極120A的單個第一感測部122A橫跨N個第二帶狀電極130A的第二感測部132A，各第二帶狀電極130A的單個第二感測部132A橫跨M個第一帶狀電極120A的第一感測部122A，且N為2而M為3。在如此的配置之下，其中一個第一感測部122A可與其中一個第二感測部132A重疊以定義出一個電容感測單元CS。另外，每N×M個電容感測單元CS可以定義出一個剪力感測元件SS。
圖11為本發明又一實施例的觸覺感測器中第一帶狀電極與第二帶狀電極的上視示意圖。在圖11中，各第一帶狀電極120B的單個第一感測部122B橫跨N個第二帶狀電極130B的第二感測部132B，各第二帶狀電極130B的單個第二感測部132B橫跨M個第一帶狀電極120B的第一感測部122B，且N與M皆為3。在如此的配置之下，其中一個第一感測部122B可與其中一個第二感測部132B重疊以定義出一個電容感測單元CS。每N×M個電容感測單元CS可以定義出一個剪力感測元件SS。
圖12為本發明再一實施例的觸覺感測器中第一帶狀電極與第二帶狀電極的上視示意圖。在圖12中，各第一帶狀電極120C沿第一方向D1’延伸，且多條第一帶狀電極120C彼此平行地排列。各第二帶狀電極130C沿第二方向D2’延伸，且多條第二帶狀電極130C彼此平行地排列。在此，第一方向D1’與第二方向D2’彼此相交但非彼此垂直。各第一帶狀電極120C包括連接成串的多個第一感測部122C。各第二帶狀電極130C包括連接成串的多個第二感測部132C。各第一帶狀電極120C的單個第一感測部122C橫跨N個第二帶狀電極130C的第二感測部132C，各第二帶狀電極130C的單個第二感測部132C橫跨M個第一帶狀電極120C的第一感測部122C，且N與M皆為2。不過，在其他的實施例中，N與M可以為其他大於1的正整數且N與M可以不須相等。
由圖2A、圖2B、圖10、圖11與圖12可知，第一帶狀電極與第二帶狀電極的設計中，N與M可以不相等也可為相等的，且第一帶狀電極與第二帶狀電極的延伸方向可以彼此以垂直或是非垂直的方式相交。圖10中的第一帶狀電極120A與第二帶狀電極130A可應用於圖3的觸覺感測器200與圖4的觸覺感測器300任一者中。圖11中的第一帶狀電極120B與第二帶狀電極130B也可應用於圖3的觸覺感測器200與圖4的觸覺感測器300任一者中。且圖12中的第一帶狀電極120C與第二帶狀電極130C也可應用於圖3的觸覺感測器200與圖4的觸覺感測器300任一者中。
前述實施例所述的觸覺感測器可以實現壓力應力的感測也可實現剪力應力的感測，因此可以模擬人類的觸覺。舉例來說，可將前述實施例的觸覺感測器應用於機器人的手指。機器人以其手指拿持物品時，可利用觸覺感測器判定其施加於物品的夾持力量。當觸覺感測器感測到剪力(例如發生圖6到圖8的情形)，表示物品發生位移(例如滑動)。此時，機器人可以調整手指拿持物品的夾持力直到不再感測到剪力變化，以避免物品自機器人的手指滑落，而達到更接近人類的動作模式。
綜上所述，本發明實施例的觸覺感測器利用第一帶狀電極的單個感測部橫越多個第二帶狀電極的感測部的設計來實現剪力應力的感測，其除了壓力應力的感測外也可以感測剪力應力。因此觸覺感測器在簡單的雙層電極架構下就可以達到多維度的應力感測。另外，本發明實施例的觸覺感測器可以藉由非貼附的方式製作於曲面基底上，而可應用於非平面的裝置中，可應用於更廣泛的應用領域。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100：觸覺感測器 110：彈性介電層 112：第一表面 114：第二表面 120、120A、120B、120C：第一帶狀電極 122、122A、122B、122C：第一感測部 122E1、122E2：第一邊緣 124：第一連接部 130、130A、130B、130C：第二帶狀電極 132、132A、132B、132C：第二感測部 132E1、132E2：第二邊緣 134：第二連接部 240、340：第一承載層 250、350：第二承載層 360：曲面基底 360S：外表面 370：保護層 C 11、C 12、C 21與C 22：電容 CS、CSa、CSb、CSc、CSd：電容感測單元 SS：剪力感測元件 D1、D1’：第一方向 D2、D2’：第二方向 L、W、z：距離 L122：第一延伸長度 L132：第二延伸長度 l 0：厚度 W122、W124、W132、W134：寬度
圖1為本發明一實施例的觸覺感測器的局部示意圖。 圖2A與圖2B為本發明一實施例的觸覺感測器中第一帶狀電極與第二帶狀電極的上視示意圖。 圖3為本發明一實施例的觸覺感測器的剖面示意圖。 圖4為本發明另一實施例的觸覺感測器的剖面示意圖。 圖5為本發明一實施例的剪力感測元件未受剪力的示意圖。 圖6~8為本發明一實施例的剪力感測元件受到剪力的示意圖。 圖9為本發明一實施例的未受應力與受到應力的剪力感測元件的剖面示意圖。 圖10為本發明另一實施例的觸覺感測器中第一帶狀電極與第二帶狀電極的上視示意圖。 圖11為本發明又一實施例的觸覺感測器中第一帶狀電極與第二帶狀電極的上視示意圖。 圖12為本發明再一實施例的觸覺感測器中第一帶狀電極與第二帶狀電極的上視示意圖。

Claims (18)

  1. 一種觸覺感測器，包括： 彈性介電層，具有相對的第一表面與第二表面； 多條第一帶狀電極，配置於該第一表面，各該第一帶狀電極沿第一方向延伸，且包括沿該第一方向連接成串的多個第一感測部；以及 多條第二帶狀電極，配置於該第二表面，各該第二帶狀電極沿第二方向延伸，該第一方向與該第二方向相交，其中各該第一感測部在該第一方向具有第一延伸長度以橫跨N個第二帶狀電極，而各該第一感測部在平行於該第二方向具有一第一邊緣，該第一邊緣對齊其中一個第二帶狀電極的邊緣，且N為大於1的正整數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的觸覺感測器，其中各該第一帶狀電極更包括多個第一連接部，各該第一連接部連接於相鄰兩個第一感測部之間，各該第一感測部的寬度大於各該第一連接部的寬度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的觸覺感測器，其中各該第一連接部沿該第二方向所量測的寬度不大於各該第一感測部沿該第二方向所量測的寬度的1/2。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的觸覺感測器，其中各該第一感測部具有固定寬度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的觸覺感測器，其中各該第二帶狀電極包括沿該第二方向連接成串的多個第二感測部。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的觸覺感測器，其中各該第二帶狀電極更包括多個第二連接部，各該第二連接部連接於相鄰兩個第二感測部之間，各該第二感測部的寬度大於各該第二連接部的寬度。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的觸覺感測器，其中各該第一感測部橫跨N個第二感測部。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的觸覺感測器，其中各該第二感測部在該第二方向具有第二延伸長度以橫跨M個第一感測部，且M為大於1的正整數。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的觸覺感測器，其中各該第一感測部的該第一邊緣對齊其中一個第二感測部的邊緣。
  10. 如申請專利範圍第5項所述的觸覺感測器，其中各該第二感測部的平行該第一方向的第二邊緣對齊其中一個第一感測部的平行該第一方向的第一邊緣。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的觸覺感測器，其中該第一方向垂直該第二方向。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的觸覺感測器，更包括第一承載層與第二承載層，分別配置於該彈性介電層的該第一表面與該第二表面，其中該些第一帶狀電極配置於該第一承載層上而該些第二帶狀電極配置於該第二承載層上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的觸覺感測器，其中該些第一帶狀電極位於該第一承載層與該彈性介電層之間。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的觸覺感測器，其中該些第二帶狀電極位於該第二承載層與該彈性介電層之間。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的觸覺感測器，其中該第一承載層位於該些第一帶狀電極與該彈性介電層之間。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的觸覺感測器，更包括曲面基底，其中該第二承載層配置於該曲面基底上且順應於該曲面基底。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的觸覺感測器，其中該彈性介電層的材質包括聚二甲基矽氧烷、矽氧樹脂、環氧樹脂或其組合。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的觸覺感測器，其中該彈性介電層的厚度為50微米至500微米。
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