TWI309195B - Artificial skin having pressure and temperature sensors - Google Patents
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Description
1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 β本發明是有關於-種人工皮膚(artifldal止⑹，且特別 疋有關於一種能夠同時感測溫度與壓力的人工皮膚。 【先前技術】
「人工皮膚」被應用在機器人(r〇b〇t)的製作盥設叶 上一般的人工皮膚必須具備可撓的絲，並且擁有能積 測觸覺和溫度的感測元件_，以分別感測壓力和温度訊 而人工皮膚首先要克服的就是如何達到能正確感知環
兄的又化以3現與人類之間的互動，並提供避免傷害人 類或機器人的感測系統。 Q 【發明内容】 本發明提供一種人工皮膚，有效溫 器整合於人工皮膚上，並可增加溫度感測的準^力制 哭敕提供—種人工皮膚，有效的將溫度與壓力感測 叩正。於人工皮膚上，並可避免電路間的干擾電流。 哭和倾出—種人卫皮膚，包括軟性基材、溫度感測 :妒=其中，軟性基材具有内表面與外表面， • I f材的外表面已形成包含數個第-焊墊(Pad)與數 個第的電路圖案、，其中每個第二焊墊的面積大於每 表面 的面積。而溫度感測器是設置於軟性基材的内 ，、令每—溫度感測器包括數個接腳，且部份接腳盥 处苐-焊墊相連。至於㈣感測器則是設置於軟性 5 1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 基材的外表面。 =發明之-實施例中，上述人工皮膚還包括位於軟 性基材的内表面之數個第三焊墊以及貫穿軟性基材 導線。其中每個導線分別連接一個第三焊塾和—個 墊。另外，第二焊墊的面積可大於第三焊墊的面積。干 施例中，上述第二焊墊的材料包括銅。 電路^本發明之-貫施例中，上述軟性基材包括軟性印刷 在本發日狀-實施财，上述軟性基材的 3遊亞胺(polyimide)。 匕括來 對=實施例中，上述每個壓力感測器包括一 而感麗材料則是在這對電極n 面： 入導電材料的軟性高分子聚合物。 f i π匕括摻 、胸本提出—種人工皮膚，包括軟性基材、溫产冷 且於内、外表面已形成有才具有内表面與外表面， 於軟性基材的内表面 溫度感測器則是設置 的外表面，且每-陶置於軟性基材 在電極上的感壓材料。 、"亟以及直接覆蓋 在本發明之另—實施例中，上命 (inter-digital electrodes) 〇 电極 ^ 括交趾型電極 在本發明之另—訾 在本發明之另—實施例’上述電極的材料包括銅。 ^例中’上述軟性基材包括軟性印 6 1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 刷電路板。 在本發明之另-實施例中，上述軟性基材的材料包括 聚酿亞胺(polyimide)。 在本發明之另-實施例中’上述感壓材料包括捧入導 電材料的軟性南分子聚合物。 、 在本發明之另-實施例中，上述人工皮膚還包括貫穿 軟性基材的導線，以連接内表面與外表面上的電路圖案， 而每個溫度感測器則包括數個ic接腳，其中部份lc^ 與上述導線電性相連。 本發明採用改良的感壓電極結構來避免電路間的干擾 電流，另外以準確度高的溫度IC為感溫元件，將感測溫度 與壓力的7L件整合於軟性基材上，以製作具有彈性同時能 感測溫度或壓力之人工皮膚。 ^為讓本發明之上述賴和優點能更明顯易懂，下文 舉較佳實施例，並配合所關式，作詳細說明。 【實施方式】 J文巾參看隨_絲更充麵描縣㈣，隨 ，中展示本剌之實關。“，本發日柯崎多不㈣ ^體現，且不麵其腳為限於本文所_之實施例。7 貫知為，提供此等實施例以使得本揭露案將詳盡且完敕， =會將树私範料讀達麵料 圖式中，為明確起見可能將各層以及區‘ 尺寸以及相對尺寸作誇張的描綠。 圖1與圖2分別是本發明之人工皮膚的立體圖和侧視
1309195 P53950127TW 23234^^00/, 圖。請參照圖1和圖2，J：中描給^ 性美姑1D9 、w ^ 1的人工皮膚1⑻包括軟 性ϊ材购i測11G4㈣力感測器廳。其中，軟 是^二=疋一種軟性印刷電路板，而溫度感· 1Q4 基材1()2_&1()2a，壓力感測器 =置^生基材1G2的外表面咖。在本發明中使用 的稱ί 外界接觸的人工皮膚_表面，相反 片=内」表面。另外，雖然在圖2中所顯示的溫度 戶感測器雇似乎是呈現交錯排列，但是 ㈣f知識㈣可触電職計的常識做不 同=化，而不限於圖中所示。在圖1中，軟性基材1〇2 二一錄性印刷電路板，而其可用聚醯亞胺(⑽涵 材料。 以下針對本發明之人工皮膚中的溫度感測器和壓力 感測器的實施例作描述。 圖3A是依照本發明之第一實施例的一種人工皮膚的 外表面之电路圖案。請參照圖3八，此處的電路圖案· 包括第-焊墊(Pad)逝與第二焊墊綱，另外還有二些根 據設計上的差異而連至第一與第二焊墊搬、撕的配線 306其中，母個第一焊墊304的面積大於每個第一焊墊 302的面積，其中設計第二焊墊3〇4的目的在於，讓溫度 感測器（未繪示)之接腳與第二焊墊3〇4鍵結之後，感應另 外一面人工皮膚對溫度的反應。至於第二焊塾幾何形 狀設計的原則，是將溫度感測器其中兩接地端之接腳，如 圖3A所不，藉由增加溫度感應面積，提升溫度感測精度。 8
1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 在本發明之第-實施例中，上述第二焊墊綱的材料包括 銅而且在H3A中僅表不對應於—個溫度感測器 Γ的電路圖案；換言之，在—整個軟性基材的外表面會有 夕個如圖3 A —般的電路圖案。 圖3B則是依照本發明之第一實施例的一種人工皮户 的内表面之電路圖案。請參照圖3B，内表面的電路圖宰： 減個第三焊墊.以及貫穿軟性基材的導線3ig，其中 母個導線310分別連接—個第三焊塾删#外表面的第二 焊墊(如圖3A之304)。另外，第二谭墊的面積比第三焊塾 的面積大。應知，在本發明中使用「第一」、「第二」、 「弟二」來描述“焊墊”，而這樣的描述只是用來區別其面 積的不同，而不應限制各焊墊的材料或輪廓。此外，導線 310也可連接第三焊墊3〇8和外表面的第一焊墊(如圖 之 302)。 圖4是依照本發明之第一實施例的溫度感測器在人工 皮膚之内表面的位置圖，其中使用與圖3B 一樣的元件符 唬代表相同的元件。請參照圖4，每個溫度感測器4〇〇可 包括數個接腳402’其中部份接腳402會與上述圖3A之第 二焊墊304電性相連，譬如把接腳4〇2直接焊在第三焊墊 上’並藉著連接第三焊墊308和外表面的第二焊墊之 導線310(如圖3B)使兩者導通。其中溫度感測器400可以 選擇市售之類比溫度IC(如ΜΑχ66〇7)，而與外表面之接腳 402可選擇接地的接腳。由於本實施例之溫度感測器400 貫際上感測溫度的部位在其接腳402，所以可利用其由ic 9 1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 接腳偵測溫度的特性，選擇較大面積的焊墊(如圖3A之3〇4) 結構，來增加感測外界溫度之效率。 圖5A是依照本發明之第二實施例的一種人工皮膚的 外表面之壓力感測器的部分結構圖。請參照圖5A ,其中顯 示壓力感測裔中的一對電極500a及5〇〇b。在第二實施例 中的電極500a及500b屬於交趾型電極 electrodes)。上述電極500a及500b的材料例如銅。
圖5B是依照本發明之第二實施例的壓力感測器的俯 視圖。請參照圖5B，壓力感測器中的感壓材料502是直接 覆蓋在電極500a及500b上。而感壓材料502包括摻入導 電材料的軟性高分子聚合物，如導電橡膠等。這種壓力感 測器是利用感壓材料502於不同承受壓力下，有不同電阻 值特性’進行壓力訊號的偵測。而且，在圖5B中只输出 —個壓力感測器；也就是說，在一整個軟性基材的外表面 會有多個圖5B的壓力感測器。 在第二實施例中，壓力感測器中的電極50〇a及500b /、要疋直接被感壓材料502覆蓋的即可，而不限於圖5八 中的交趾型電極。由於本實施例之壓力感測器中的電極 5〇〇a及500b結構只會受到本身感壓材料5()2的電阻變 化，所以可避免電路間的干擾電流。 圖6是組合第—實施例和第二實施例之—種人工皮膚 外表面的俯視圖，其中使用和第―、第二實施例一樣的^ =符號來衫㈣的元件。在圖6巾，以虛縣示的溫 咸蜊器400是設置在人工皮膚之表面。 又 10 1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 細上所述，本發明之特 、……A u甘奶將溫度感測器與壓力感 於人工皮膚上’以開發具有彈性且能感測觸 觸溫度、與接觸位置的人工皮膚。並且，採用改良 的感壓電極結構，來避免掃目苗電路之間的的干擾電流 外’本發_溫度制器是藉由連接至較大面積焊墊的接 腳’來增加其感測外界溫度之效率。 一雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，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， 之精神!:範圍内’當可作些許之更動與潤飾， 為準。s明之賴範_視後附之申請專利範圍所界定者 【圖式簡單說明】 圖1是本發明之人工皮膚的立體圖。 圖2是本發明之人工皮膚的侧視圖。 ❿ 外表本發明之第-實施例的-種人工皮膚的 的二：：本發明之第-實施例的-種人工皮膚 皮膚第一實施例的溫度感測器在人工 外茅=i疋依照本發明之第二實施例的—種人工皮膚的 外表面之壓^測器的部分結構圖。 皮^ 視圖圖5B是依照本發明之第二實施例的壓力感測器的俯 11 1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 圖6是組合第一實施例和第二實施例之一種人工皮膚 外表面的俯視圖。 【主要元件符號說明】 100 :人工皮膚 102 :軟性基材 102a :内表面 102b :外表面 104 :溫度感測器 106 :壓力感測器 300 :電路圖案 302 :第一焊墊 304 :第二焊墊 306 :配線 308 :第三焊墊 310 .導線 400 :溫度感測器 402 :接腳 500a、500b :電極 502 :感壓材料 12
Claims (1)
1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 十、申請專利範圍： 1. 一種人工皮膚，包括： -軟性基材，具有-内表面與—外表面， 的該外表面已形成包含多數個第—焊塾(Pad數= 二焊塾的電路圖案，其中每-第二焊 積大1 一焊墊的面積； 印積大於母罘 巧個溫度感測器，設置於該軟性基材的該内表面， 一ΐ度感測器包括多數個接腳，且部份該些接腳與 5玄些弟一焊墊電性相連；以及 多數個壓力感測器，設置於該軟性基材的該外表面。 2. 如申請專利範圍第i項所述之人工皮膚，更包括： 多數個第三焊塾’位於該軟性基材的該内表面；以及 料^數^線，貫穿職縣材，且每—㈣分別連接 μ二弟一烊墊中之一和該些第二焊墊中之一。 μ 一 3·如申％專利範圍第2項所述之人工皮膚，其中每— 第二焊墊的面積大於每一第三焊墊的面積。 、 ^如申請專利範㈣1項所述之人工皮膚，其中該第 一知墊的材料包括銅。 从=如申請專利範圍第1項所述之人工皮膚，其中該軟 ,土材包括軟性印刷電路板。 性基範圍第1項所述之人工皮膚，其中該軟 何0材枓包括聚醯亞胺(polyimide)。 颅士 1:如申請專利範圍第1項所述之人工皮膚，其中每— 壓力感測器包括： 13
A^〇9l95 P5j950I27TW 23234twf.doc/n 一對電極，位於該軟性基材的哕 一感壓材料，在該對電極之間。以及 8·如申請專利範圍第7項所 壓材料包括摻人導電材料的軟料 ’其中該感 9. -種人工皮膚，包括： 歎“勿。 一軟性基材，具有—肉本 面與該外表面已形成有f路圖Y;、—外表面，且於該内表 以及多數魅度感㈣，設置於卿:性基材的該内表面； =數，Μ力感測器，設置於該軟 其中每-壓力感測器包括： 土不」白Μ外录面 一對電極；以及 -感壓材料，直接覆蓋在該對電極上。 =如申請專利範圍第9項所述之人工皮膚, 电極包括规型f則齡聊相恤㈣。 11. 如申請專利範圍第9項所述之人工皮膚， 電極的材料包括銅。 12. 如申請專利範圍第9項所述之人工皮膚， 性基材包括軟性印刷電路板。 ,13.如申請專利範圍第9項所述之人工皮膚, 土材的材料包括聚酸亞胺(polyimide)。 s 14·如申請專利範圍第9項所述之人工皮膚， 壓材料包括摻入導電材料的軟性高分子聚合物。 其中該對 其中該對 其中該軟 其中該軟 其中該感 15.如申請專利範圍第9項所述之人工皮膚，更包括： 14 1309195 P53950127TW 23234twf.doc/n 多數個導線，貫穿該軟性基材，以連接該内表面與該 外表面上的電路圖案；以及 每一溫度感測器更包括多數個ic接腳，其中部份該些 1C接腳與該些導線電性相連。
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