自供电六轴传感器的制作方法

本实用新型涉及传感器技术领域，特别是涉及一种自供电控制传感器。

背景技术：

随着信息技术的不断发展，传感技术在军事、智能交通、环境监测等诸多方面得到了广泛的应用。近年来，便携式智能传感电子产品发展日新月异，汽车、手机、虚拟现实技术等领域出现了众多多功能的智能器件。将电子产品用于手环、手柄、眼镜和鞋子等随身品上已然成为一种技术趋势和新时尚。其中，基于触觉传感器的智能产品技术是当下科技圈最前沿的领域之一，通过人与对象直接接触时的触觉功能，主要包括对力信号、热信号和温度等信号的探测，实现对环境检测及相应信号的分析与控制。从上个世纪七八十年代以来，触觉传感器件就引起了材料、物理、化学、电子、机器人等多学科领域研究者的广泛关注。发展便携式、同时对多种无规则触觉刺激有准确响应的新型触觉传感器件至关重要。随着石墨烯、碳纳米管、氧化锌、液态金属等新型功能材料的出现，传感器及智能电子相关制备技术的革新，触觉传感器的研究在近几年得到了迅猛的发展。

从换能机理来看，触觉传感主要应用了压阻式、电容式和压电式等传感技术，每种传感原理都有其特点和适合的应用场所。随着材料科学、柔性电子和纳米技术的飞速发展，器件的灵敏度、量程、规模尺寸以及空间分辨率等基础性能提升迅速。同时，为了适应对力、热、湿、气体、生物、化学等多刺激分辨的传感要求，器件设计更加更精巧，集成方案也更加更成熟。具有便携性、自供电及可视化等实用功能的智能传感器件也应运而生。此外，智能传感器等电子产品朝着集成化方向发展，打造具有良好性能、空间适应性和功能性的系统及平台。

目前，在虚拟现实技术或者增强现实技术中通常采用眼动控制、手套集成传感器、马克点图像识别等对虚拟对象进行姿态控制或者方位检测，然而，上述控制和检测方式，均需要复杂的控制检测系统，硬件结构及处理算法，同时需要额外的电源或者电池供电。因此，提供一种结构简单，便携性和节能性较好的自供电六轴传感器已成为传感器领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种自供电六轴传感器，主要目的在于能够自供电且结构比较简单，便携性和节能性较好，且能够实现六轴方位检测。

依据本实用新型，提供了一种自供电六轴传感器，包括：由两个相同的传感模块集成，单个传感模块包括：按压部件、不接地电极层、接触分离层、与所述不接地电极层材料不同且由多个电极组分构成的接地电极层和支撑部件；

所述按压部件和所述不接地电极层连接后，与所述支撑部件相连接，所述支撑部件用于支撑所述按压部件在外力作用下下压或者滑动；

所述接触分离层连接在所述接地电极层上，所述接地电极层连接在所述支撑部件上，所述支撑部件还用于支撑所述接地电极层；

所述不接地电极层在所述按压部件下压或者滑动时与所述接触分离层接触或者分离，使得所述接地电极层的电极组分上产生电压信号；

所述两个相同的传感模块上产生电压信号的电极组分组合用于结合预设六轴方位表检测所述传感器控制目标对象的六轴方位，所述预设六轴方位表保存有六轴方位和产生电压信号的电极组分组合之间的对应关系。

本实用新型提供一种自供电六轴传感器，与目前方位检测较复杂且需要额外的电源或者电池供电相比，本实用新型的自供电六轴传感器，由两个相同的传感模块集成，单个传感模块包括：按压部件、不接地电极层、接触分离层、与所述不接地电极层材料不同且由多个电极组分构成的接地电极层和支撑部件；所述按压部件和所述不接地电极层连接后，与所述支撑部件相连接，所述支撑部件用于支撑所述按压部件在外力作用下下压或者滑动；所述接触分离层连接在所述接地电极层上，所述接地电极层连接在所述支撑部件上，所述支撑部件还用于支撑所述接地电极层；所述不接地电极层在所述按压部件下压或者滑动时与所述接触分离层接触或者分离，使得所述接地电极层的电极组分上产生电压信号；所述两个相同的传感模块上产生电压信号的电极组分组合用于结合预设六轴方位表检测所述传感器控制目标对象的六轴方位，所述预设六轴方位表保存有六轴方位和产生电压信号的电极组分组合之间的对应关系，因此，本实用新型的自供电六轴传感器能够自供电且结构比较简单，便携性和节能性较好，且能够实现六轴方位检测。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例提供的一种自供电六轴传感器的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的一种自供电六轴传感器形成电势差的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的一个传感模块的接地电极层以及其产生电压信号的示意图；

图4示出了本实用新型实施例提供的预设六轴方位表的示意图；

图5示出了本实用新型实施例提供的六轴方位控制对应的各个信息示意图；

图6示出了本实用新型实施例提供的自供电六轴传感器在三维空间中对目标物体进行姿态控制的过程示意图；

图7示出了本实用新型实施例提供的另一种自供电六轴传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种自供电六轴传感器，由两个相同的传感模块集成，单个传感模块包括：按压部件1、不接地电极层2、接触分离层3、与所述不接地电极层2材料不同的且由多个电极组分构成的接地电极层4和支撑部件5；所述按压部件1和所述不接地电极层2连接后，与所述支撑部件5相连接，所述支撑部件5用于支撑所述按压部件1在外力作用下下压或者滑动；所述接触分离层3连接在所述接地电极层4上，所述接地电极层4连接在所述支撑部件5上，所述支撑部件5还用于支撑所述接地电极层4；所述不接地电极层2在所述按压部件1下压或者滑动时与所述接触分离层3接触或者分离，使得所述接地电极层4的电极组分上产生电压信号；所述两个相同的传感模块上产生电压信号的电极组分组合用于结合预设六轴方位表检测所述传感器控制目标对象的六轴方位，所述预设六轴方位表保存有六轴方位和产生电压信号的电极组分组合之间的对应关系。此外，产生的电压信号为所述自供电六轴传感器提供工作时的电源，实现自供电。

需要说明的是，本实用新型实施例中的六轴方位可以为X、Y、Z轴的正负方位，绕X、Y、Z轴的逆时针和顺时针旋转方位，具体在虚拟现实技术、增强现实技术中对虚拟对象进行六轴方位的姿态控制。

在本实用新型实施例中，两种不同材料介电层面对面堆叠，它们各自的背面有金属电极，或者有混合金属材料，这两层介电层在外力作用F下表面相互接触，因为两种接触材料表面的功函数不同，当两种材料之间的距离接近原子级别时(约25埃)，会在接触的两个表面上产生电荷，从而形成带电体的现象，如图2所示。所以电子可以互相转移，在两个接触表面形成符号相反的表面电荷。当两个表面由于外力作用分开时，中间会形成一个小的空气间隙，并在两个电极之间形成感应电势差，当把一个电极通过导线接地时，不接地的电极接触和分离的过程会改变接地电极局部的电荷数量，接地电极与地之间会产生电子交换，以平衡电极上的电势变化，如图1所示，本实用新型实施例，不接地电极层2与接地电极层4，两者之间通过接触分离层3间隔开，三者组成一个传感模块。

具体地，所述不接地电极层2可以为液体金属与疏水类的有机硅物料的混合介质薄膜层；所述接触分离层3可以为绝缘层；所述接地电极层4 可以为由四个电极组分构成的金属电极层。

对于本实用新型实施例，如图3所示，所述自供电六轴传感器上的一个传感模块的接地电极层4由四个电极组分构成，其中四个电极组分可以为E1、E2、E3、E4，另一侧对称的传感模块的接地电极层4的四个电极组分可以为E1’、E2’、E3’、E4’。预设六轴方位表可以如图4所示的，在预设六轴方位表中“1”表示电极组分产生电压信号，需要说明的是，本实用新型实施例仅对六轴控制方位表进行举例说明，并不限定于此。此外，本实用新型实施例提供的图5示出了对虚拟空间的目标物体的控制方式、检测到各个电极组分产生的电压信号、电极组分的输出以及目标物体的运行方向。

1、X轴正方位检测：若两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1时，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E1和E4、E1’和E4’同时产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据电极组分E1、E4、E1’、E4’的组合和预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为X轴正向方向。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并推向X轴正方位，以控制目标对象向X轴正向运动。

2、X轴负方位检测：若两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E2和E3、E2’和E3’同时产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为X轴负向方向。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并推向X轴负方位，以控制目标对象向X轴负向运动。

3、Y轴正方位：检测若单个手指操作其中一个传感模块的按压部件1，该按压部件1在推力的作用下挤压该传感模块的接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E1’、E2’、E3’、E4’同时产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为Y轴正向方向。具体地，单个手指可以将按压部件1按压并推向Y轴正向方向，以控制目标对象向Y轴正向方向运动。

4、Y轴负方位检测：若单个手指操作其中一个传感模块的按压部件1，该按压部件1在推力的作用下挤压该传感模块的接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E1、E2、E3、E4产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为Y轴负向方向。具体地，单个手指可以将按压部件1按压并推向Y轴负方位，以控制目标对象向Y轴负方位运动。

5、Z轴正方位检测：若两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层 3接触，使得电极组分E3和E4、E3’和E4’产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为Z轴正向方向。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并推向Z轴正方位，以控制目标对象向Z轴正向运动。

6、Z轴负方位检测：若两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层 3接触，使得电极组分E1和E2、E1’和E2’同时产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为Z轴负方位。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并推向Z轴负方位，以控制目标对象向Z轴负方位运动。

7、绕X逆时针旋转检测：两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E1和E2、E3’和E4’同时产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为绕X逆时针旋转。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并分别推向Z轴正方位和Z轴负方位，以控制目标对象绕X逆时针旋转。

8、绕X顺时针旋转检测：两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E3和E4、E1’和E2’同时产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为绕X顺时针旋转。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并分别推向Z轴负方位和Z轴正方位，以控制目标对象绕X顺时针旋转。

9、绕Y逆时针旋转检测：两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E4、E3、E2和E1分别依次出现产生电压信号， E4’、E3’、E2’和E1’也对应的依次出现产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为绕Y逆时针旋转。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并同时推向边缘，然后绕着绕Y逆时针旋转，以控制目标对象绕Y逆时针旋转。

10、绕Y顺时针旋转检测：两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E1、E2、E3、E4分别依次出现产生电压信号， E1’、E2’、E3’、E4’也对应的依次出现产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为绕Y顺时针旋转。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并同时推向边缘，然后绕着绕Y顺时针旋转，以控制目标对象绕Y顺时针旋转。

11、绕Z逆时针旋转检测：两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E1和E4、E2’和E3’同时产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为绕Z逆时针旋转。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并分别推向X轴正方位和X轴负方位，以控制目标对象绕Z逆时针旋转。

12、绕Z顺时针旋转检测：两个手指分别操作两个传感模块各自的按压部件1，各自按压部件1在推力的作用下挤压各自接地电极层2与接触分离层3接触，使得电极组分E2和E3、E1’和E4’同时产生电压信号，其他电极组分不产生电压信号，则根据预设六轴方位表可以确定所述传感器控制目标对象的方位为绕Z顺时针旋转。具体地，两个手指可以同时将按压部件1按压并分别推向X轴负方位和X轴正方位，以控制目标对象绕Z顺时针旋转。

具体地，本实用新型实施例提供了所述自供电六轴传感器在三维空间中对目标物体进行姿态控制的过程，如图6所示，描绘了两个传感模块上的法向力和剪切力。通过对法向力和剪切力的组合检测电压信号，可以实现在三维空间中目标物体的三维姿态控制，即可以实现沿六轴(X，Y，Z 和θX，θY，θZ)的方位姿态控制。

进一步地，所述混合介质薄膜层可以为由镓铟锡的混合溶液与聚二甲基硅氧烷与交联剂混合溶液按照6～7∶1的重量比例混合制成；所述镓铟锡的混合溶液中镓铟锡的重量比例可以为6～7∶1∶2～3，且所述聚二甲基硅氧烷与交联剂混合溶液中聚二甲基硅氧烷与交联剂的重量比例可以为 9～11∶1；优先地，所述混合介质薄膜层可以为由镓铟锡的混合溶液与聚二甲基硅氧烷与交联剂混合溶液按照6.44∶1的重量比例混合制成；所述镓铟锡的混合溶液中镓铟锡的重量比例为6.85∶1∶2.15，且所述聚二甲基硅氧烷与交联剂混合溶液中聚二甲基硅氧烷与交联剂的重量比例为10∶1。所述绝缘层可以为聚四氟乙烯薄膜层；所述金属电极层可以为铝膜电极层。镓铟锡是液态金属，和聚四氟乙烯混合凝固后，既能保持镓铟锡和聚四氟乙烯之间功函数的较大差异，实现更高的电荷转移，同时保持了固态特性，可以和聚四氟乙烯更好的接触和分离。

在具体的应用场景中，所述按压部件1可以为设置在所述传感模块上的顶端球体；所述不接地电极层2可以为设置在所述设置在所述传感模块上的底部半球体。

此外，如图7所示，支撑部件5可以包括弹性支撑部件51和非弹性支撑部件52两个组成部分，所述顶端球体1和所述底部半球体2通过聚二甲基硅氧烷粘贴固化后，与所述弹性支撑部件51相连接，所述弹性支撑部件 51用于支撑所述顶端球体1在外力作用下下压或者滑动，所述非弹性支撑部件52用于支撑所述弹性支撑部件51。

如图7所示，为了使得两个相同的传感模块能够更好集成在一起，所述两个相同的传感模块可以通过各自的支撑部件(5)集成在一起，具体地，可以通过所述非弹性支撑部件52集成在一起。

以上所述实施例仅为表达本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。