阅读说明：本技术 阵列化光波导柔性触觉传感器及其制备方法和应用 (Arrayed optical waveguide flexible touch sensor and preparation method and application thereof ) 是由 赵慧婵 周婧祎 刘辛军 乔飞 于 2020-06-17 设计创作，主要内容包括：阵列化光波导柔性触觉传感器及其制备方法和应用,触觉传感器包括依次胶接的柔性光波导触觉敏感层、柔性电路层和柔性衬底层。柔性光波导触觉敏感层包括若干条呈阵列式分布的光波导内芯,以及整体式包覆光波导内芯的光波导包层。柔性电路层包括发光供电端和光信号接收处理端,发光供电端产生光信号,光信号经光波导传输至光信号接收处理端,被光信号接收处理端转变为电信号,并以无线信号方式发送出去。柔性衬底层由柔性材料制成,起保护与辅助固定作用。本发明的触觉传感器可用于触觉信息采集与处理,具有柔顺性高、灵敏度高、空间分辨密度高等优点。结构简单,功耗低,与待测环境集成方便,且在传感面积增加时具有数据代价低的优势。(The touch sensor comprises a flexible optical waveguide touch sensitive layer, a flexible circuit layer and a flexible substrate layer which are sequentially glued. The flexible optical waveguide touch sensitive layer comprises a plurality of optical waveguide inner cores distributed in an array mode and an optical waveguide cladding layer for integrally cladding the optical waveguide inner cores. The flexible circuit layer comprises a light-emitting power supply end and an optical signal receiving and processing end, the light-emitting power supply end generates an optical signal, the optical signal is transmitted to the optical signal receiving and processing end through an optical waveguide, the optical signal is converted into an electric signal by the optical signal receiving and processing end, and the electric signal is sent out in a wireless signal mode. The flexible substrate layer is made of flexible materials and plays a role in protection and auxiliary fixation. The touch sensor can be used for touch information acquisition and processing, and has the advantages of high flexibility, high sensitivity, high spatial resolution density and the like. The sensor has the advantages of simple structure, low power consumption, convenience in integration with an environment to be detected, and low data cost when the sensing area is increased.)

阵列化光波导柔性触觉传感器及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于柔性触觉传感器及软体机器人技术领域，具体涉及一种阵列化光波导柔性触觉传感器及其制备方法和应用。

背景技术

触觉传感器通常用于采集力、形状、压强等触觉信息，在机器人、可穿戴设备、虚拟现实、智能假肢、人机交互等领域具有广泛应用。传统的触觉传感器往往通过硅基的半导体技术或MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机电系统)技术制备而成，多为刚性，采用布置在关节或其他关心位置的布局来测量或计算交互过程中的触觉信息。但对比触觉的生物对照本体皮肤，通过这样方式采集到的信息往往是离散的、单点式的，获取的触觉信息是不全面的。可能各种不同的刺激，表现在集中的触觉传感器处的信息却是相同的。这显然与真实的触觉信息本身空间密度高、连续分布面积大的特点是不相符的。当前离散式刚性的触觉传感器限制了采集更复杂触觉交互信息的可能性。

在刚性的触觉传感器的研究基础之上，结合软体机器人技术，研究者们提出了使用柔性触觉传感器作为解决方案。为采集连续的高密度触觉信息，使用柔性材料具有一定优势：首先，柔性材料可以变有限的敏感节点为接近无穷多个，从而获取更加全面的触觉信息。其次，柔性材料可以把力的交互变为材料的大变形，从而具有实现更高灵敏度的潜力。以及，柔性材料在交互安全防护方面具有一定的减震缓冲作用。

为实现柔性触觉传感器中最重要的柔性敏感单元，现有的柔性传感器采用了电阻式、压阻式、压电式、电容式、电磁式等原理将触觉信息转化为输出的电信号。并使用液态金属、导电水凝胶、碳纳米管、岛桥电路等材料或策略来保持传感器的柔性。但不同的工作原理和材料均在灵敏度、工作环境、处理电路等方面存在一定的缺陷。例如，常见的电容式柔性触觉传感器往往不同敏感节点之间存在串扰，需设计专门的读取策略与电路。电磁式柔性触觉传感器很好地解决了传感器去除拖缆的问题，但同时引入了专业检测环境的需求，使得集成的易用性降低，应用场景变少。液态金属能够随软体基材保持随动性，通过电阻值的变化来反映触觉信息，但具有封装难度高以及易泄露的缺点，同时静态工作零点可能在随着形变不断变化。同时，不同触觉传感器都难以回避的一个问题是随着感知面积不断提高、敏感节点不断增多，所需处理的数据量也在呈几何式增长，这给处理电路提出了很大的挑战，为触觉传感器的大规模阵列化带来阻力。

综上所述，在柔性触觉传感器领域，依然需要具有灵敏度高、空间分辨率高、无线、易于移植集成、数据处理代价低等优势的传感器解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阵列化光波导柔性触觉传感器及其制备方法和应用。本发明公开的柔性触觉传感器具有检测面内接触力大小、接触力方向、接触力空间分布形式、接触力时序变化等触觉信息的功能，具有柔性高、灵敏度高、空间分辨率高、响应速度快、无线等优点。系统结构简单，成本低，功耗低，与待测环境集成方便，且在大面积的触觉信息采集中具有数据代价低的优势。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明公开阵列化光波导柔性触觉传感器，包括柔性触觉敏感层；所述的柔性光波导触觉敏感层包括至少一层光波导内芯，以及整体式包覆光波导内芯的光波导包层。

进一步地，本发明公开阵列化光波导柔性触觉传感器还包括柔性电路层和柔性衬底层，所述的柔性光波导触觉敏感层、柔性电路层和柔性衬底层依次胶接；所述的柔性电路层包括发光供电端和光信号接收处理端，所述的发光供电端产生光信号，所述的光信号经所述的柔性光波导触觉敏感层传输至所述的光信号接收处理端，被所述的光信号接收处理端转变为电信号，并以无线信号方式发送出去，所述的柔性电路层的基底为柔性电路衬底，或是硬质印刷电路板衬底，或是可拉伸柔性电路衬底材料；所述的柔性衬底层由柔性材料制成，起保护与辅助固定作用。

进一步地，所述的柔性光波导触觉敏感层、柔性电路层和柔性衬底层是曲面，或者是平面。

进一步地，所述的每层内的光波导内芯平行分布或相交分布或若干个光波导内芯部分重合分布，不同层之间的光波导内芯相交或不相交。

进一步地，所述的发光供电端包含电源与若干个光源，用以发出光信号，所述电源用于给发光供电端供电，包括以电池、供电线、无线供电等方式供电；所述的光源将电能转化为所述的光信号；所述的光信号包括所有能在所述的柔性光波导触觉敏感层中进行全反射传播的电磁波信号，包括但不限于可见光、红外光、紫外光。

进一步地，所述的光信号接收处理端包括电源、光电转换模块、信号处理模块、无线发送模块、无线接收与处理模块；所述的电源用于给光信号接收处理端供电，包括以电池、供电线、无线供电等方式供电；所述的光电转换模块包括若干个光电三极管；所述的信号处理模块包括A/D转换与微控制单元；所述的无线发送模块由蓝牙或WiFi或NFC天线组成；所述的无线接收与处理模块包含与所述的无线发送模块匹配的无线接收器，以及后续的信号处理程序；光电三极管接收光信号并转化为模拟电信号，所述的A/D转换将模拟电信号转换为数字电信号，数字电信号经过微控制单元后，由无线发送模块变为无线信号后发送出去，无线接收与处理模块获取无线信号并将其分析处理以还原触觉信息。

第二方面，本发明公开了阵列化光波导柔性触觉传感器的其制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、制作柔性光波导触觉敏感层，具体包括：制作柔性光波导触觉敏感层的外形模具以及光波导内芯模具；将所述外形模具与光波导内芯模具装配组成柔性光波导触觉敏感层的模具；将第一液态弹性体注入柔性光波导触觉敏感层的模具空腔，静置加热至第一液态弹性体完全固化，打开外形模具，并取出光波导内芯模具，得到光波导包层；将第二液态弹性体注入光波导包层中空洞中，静置加热至第二液态弹性体完全固化，得到光波导内芯；

步骤S2、制作柔性电路层并与柔性光波导触觉敏感层装配，具体包括：设计发光供电端与光信号接收处理端的电路并印刷在柔性电路板上，焊接并调试电路元件，将光波导内芯两端分别与光波导供电端以及光信号接收处理端对齐并固连装配；

步骤S3、制作柔性衬底层并封装，具体包括：制备柔性衬底层的模具，将第三液态弹性体经均匀脱泡处理后，注入柔性衬底层的模具中，加热静置至第三液态弹性体完全固化，取出柔性衬底层并将其封装在已制得的柔性电路层的底部。

进一步地，其特征在于，所述的步骤S1中，在发光供电端产生的光信号的波长范围内，由第二液态弹性体完全固化得到的光波导内芯的折射率大于由第一液态弹性体完全固化得到的光波导包层的折射率。

第三方面，本发明公开了上述阵列化光波导柔性触觉传感器的应用，包括以下应用：

一种机器人，包括机器人主体和安装于机器人主体的机械臂，其特征在于：所述的机械臂上安装有权利要求上述阵列化光波导柔性触觉传感器。

一种穿戴设备，其特征在于：安装有上述阵列化光波导柔性触觉传感器。

本发明的特点及有益效果为：

(1)本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器，采用光波导全反射原理检测触觉信息，包含接触力大小、接触力方向、接触力空间分布形式、接触力时序变化等，进而可以用于实现机器人手部的接触力感知、物体硬度感知、物体纹理感知、物体表面质量感知等，应用于机器人、可穿戴设备、虚拟现实、智能假肢、人机交互等场景。

(2)本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器具有柔性高、灵敏度高、空间分辨率高、响应速度快、功耗低等优点。系统结构简单，可实现无缆化，与待测环境集成方便，且在大面积的触觉信息采集中具有数据代价低的优势。

(3)本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器制备方法具有工艺简单、成本低、成品稳定性高等优点，能够快速、大批量、稳定地制造出触觉传感器。

(4)本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器具有数据收集与处理功能，能够将收集到的大量触觉信息进行分析计算，从而获取更加抽象的经验或知识。示例性地，将本发明的柔性触觉传感器佩戴在机器人或人的手指上，拂过待测物体表面，对待测物体进行表面纹理检测或缺陷检测，将收集到的大量数据送入神经网络进行学习，从而实现提炼表面质量信息的目的，实现自动化检测。

附图说明

图1为本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器实施例一的结构示意图；

图2为图1的结构爆炸示意图；

图3(a)为图1的柔性光波导触觉敏感层的俯视图；

图3(b)为图1的柔性光波导触觉敏感层的剖视图；

图4为图1的柔性电路层结构示意图；

图5为图1的信号转换流程示意图；

图6(a)为图1的柔性电路层的仰视图；

图6(b)为图1的柔性电路层的侧视图；

图7为本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器实施例二的结构示意图；

图8为图7的结构爆炸示意图；

图9(a)为图7的柔性敏感层的俯视图；

图9(b)为图7的柔性敏感层的剖视图；

图10(a)为本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器实施例三的柔性光波导触觉敏感层的俯视图；

图10(b)为图10(a)的剖视图；

图11(a)为本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器实施例四的柔性光波导触觉敏感层的俯视图；

图11(b)为图11(a)的剖视图；

图12(a)为本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器实施例五的柔性光波导触觉敏感层的俯视图；

图12(b)为图12(a)的剖视图；

图13(a)为本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器实施例六的柔性光波导触觉敏感层的俯视图；

图13(b)为图13(a)的A-A剖视图；

图13(c)为图13(a)的B-B剖视图；

图14为本发明的实施例七的示意图；

图15为本发明的实施例八的示意图。

附图标记说明如下：

1、柔性光波导触觉敏感层，11、光波导内芯，111、上层光波导内芯，112、下层光波导内芯，12、光波导包层，2、柔性电路层，21，光源，22、光电三极管，23、电池，24、A/D转换，25、微控制单元，26、无线发射模块，27、与光电三极管匹配的电阻，28、电容，29、与光源匹配的电阻，3、柔性衬底层。

具体实施例

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的

具体实施方式

加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一

如图1、图2所示，阵列化光波导柔性触觉传感器，包括从上到下按层分布的柔性光波导触觉敏感层1、柔性电路层2、柔性衬底层3。柔性光波导触觉敏感层1包含若干条光波导内芯11与整体式包覆光波导内芯11的光波导包层12。其中光波导内芯11呈阵列式分布。所述的柔性电路层2包括发光供电端以及光信号接收处理端。所述柔性衬底层3由具有适应性形状的柔性材料制成，起到保护与辅助固定的作用。柔性光波导触觉敏感层1、柔性电路层2和柔性衬底层3通过硅橡胶胶水粘接封装而成。本实施例中三层结构均为球壳的一部分，所对应圆锥面锥角为30°。

本发明公开的柔性光波导触觉敏感层1为本发明的触觉传感器的核心触觉敏感元件。柔性电路层2以及柔性衬底层3为实现触觉传感器功能完整性以及提供保护支持作用的辅助元件。凡以本发明提供的柔性光波导触觉敏感层作为触觉敏感元件，无论是否含有柔性电路层2和/或柔性衬底层3的柔性触觉传感器，均在本申请的保护范围之内。

本发明对柔性光波导触觉敏感层的材料不作限制，任何可以满足柔性光波导工作要求的均可作为本发明的柔性光波导使用。所述柔性光波导的工作要求是指由柔性材料组成的柔性光波导触觉敏感层，在所选定的光或其他电磁波(本发明中是指发光供电端产生的光信号)的波长范围内光波导内芯的折射率大于外部光波导包层的折射率，使得所选定的波长的光或其他电磁波能够在光波导内芯与光波导包层界面处发生全反射，最终使得光或其他电磁波沿波导方向传播的传播介质。需要注意的是，光波导需要满足本发明的原理需求，即能够在外力刺激下产生形变，从而使光信号的传播发生改变。示例性地，本发明的柔性光波导的材料可选择本发明提供的聚氨酯材料或尼龙鱼线作为光波导内芯，可选择硅橡胶材料或空气作为光波导包层。

如图2所示，柔性光波导触觉敏感层1侧面具有凹槽，用于光源21与光电三极管22在凹槽处与光波导内芯对准并实现牢固装配。

如图3(a)、图3(b)所示，柔性光波导触觉敏感层1包括上层光波导内芯111和下层光波导内芯112，光波导内芯11呈阵列化分布在两层，每层内的光波导内芯平行分布，两层光波导内芯不相交，且呈空间垂直分布，光波导内芯11外包覆有整体式的光波导包层12。

柔性电路层2包括发光供电端和光信号接收处理端。所述的柔性电路层2的发光供电端指的是能够为光波导提供所选定的工作波长的光(或其他电磁波)的发射装置。示例性地，本发明的发光供电端可采用电池、电阻为红外LED供电的方式实现为光波导提供红外电磁波的功能。所述的柔性电路层2的光信号接收处理端指的是接收光波导传出的光信号，将其转化为电信号并将多路电信号通过无线方式传输出去的装置以及后续接收无线信号并对触觉信息进行还原的系统。示例性地，本发明的光信号接收处理端可采用光电转换模块、信号处理模块、无线发送模块以及无线接收与处理模块组成的电路结构来实现功能。

如图4至图6(b)所示，柔性电路层2包括发光供电端和光信号接收处理端。所述的发光供电端、光信号接收处理端焊接在柔性印刷电路板上，形成柔性电路层2。具体地，发光供电端包含电源与若干个光源，所述电源用于给发光供电端供电，包括以电池、供电线、无线供电等方式供电，本实施例以电池23为例进行说明。所述光源21通过与其匹配的电阻29将电能转化为光信号，用来为光波导提供光信号。所述的光源包括红外LED、其他波长的LED、或其他发射源等，本实施例以红外LED为例进行说明。光信号接收处理端包含电源、光电转换模块、信号处理模块、无线发送模块、无线接收与处理模块。所述的电源用于给光信号接收处理端供电，包括以电池、供电线、无线供电等方式供电，本实施例以电池23为例进行说明。所述的光电转换模块包括若干个光电三极管22，或若干个光电二极管与运算放大器。所述的信号处理模块包括A/D转换24与微控制单元25。所述的无线发送模块由蓝牙或WiFi或NFC天线组成，本实施例以蓝牙为例。所述的无线接收与处理模块包含与所述的无线发送模块匹配的无线接收器，以及后续的信号处理程序，例如神经网络。发光供电端和光信号接收处理端可采用同一供电电源或不同供电电源，在本实施例中，以采用同一供电电池23为例进行说明。所有电路元器件随球面角度变化布置，以使电路元器件紧密贴合聚酰亚胺柔性印刷电路板。发光供电端的红外LED光源21与光信号接收处理端的光电三极管22镶嵌在柔性光波导触觉敏感层1侧面的凹槽中，使光波导内芯11的两个端面与红外LED、光电三极管22牢固贴合，使用聚氨酯材料进行粘接，此设计能够提高光路的传播质量，提升光信号稳定性。所述的电路结构实现的功能为：所述的光源21发出光信号，所述的光电三极管22经过与其匹配的电阻27和匹配的用于信号滤波的电容28接收光信号并转换为模拟电信号，所述的A/D转换24将模拟电信号转换为数字电信号，数字电信号经过微控制单元25后，由无线发送模块26变为无线信号后发送出去，无线接收与处理模块获取无线信号并将其分析处理以还原触觉信息。

在柔性电路层发生的信号传递与能量转换流程为：电池为红外LED供电，电能转换为光能；红外LED发出的原始光信号在柔性光波导中传播，当有力刺激作用在光波导上时，光波导产生形变，使得光波导内的原始光信号发生衰减，变为有损光信号，被布置在光波导末端的光电三极管探测到，有损光信号在此处转换为模拟电信号；模拟电信号接的无线接收模块捕捉到所发送的无线信号，将其接收、记录并进行分析，通过神经网络运算，解码还原原本的力刺激信息。如果采用光电二极管加运算放大器的作为光电转换模块，则信息转换方式为，光电二极管探测到光波导末端的光信号变化，将其转换为一个微小的模拟电信号，经运算放大器放大模拟电信号，随后送入信号处理模块。

柔性电路层的电路基底可根据应用场景的需求更换。示例性地，可选择本发明提供的基于聚酰亚胺材料的柔性电路衬底，或是硬质印刷电路板衬底，或其他可拉伸柔性电路衬底材料，以适应不同曲率、不同刚度表面的触觉测量应用需求。

具体实施的光波导包层12采用硅橡胶材料制备，光波导内芯11采用聚氨酯材料制备，柔性电路层2印刷在聚酰亚胺薄膜上。

本发明的柔性衬底层3对触觉传感器提供保护作用，并辅助其在所布置区域牢固连接的，所述柔性衬底层3由具有适应性形状的柔性材料制成，示例性地，本发明的柔性衬底层可采用硅橡胶材料。

本发明的工作原理如下：

本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器，可轻松布置在待测平面上，用以采集该处的触觉信息。通过柔性衬底层3，传感器可与待测平面紧密牢固地贴合。在工作状态，唤醒柔性电路层2的电路，发光供电端为光波导提供输入光源，光信号采集处理端接收从光波导传出的光信号。当有力刺激作用于传感器的柔性触觉敏感区或待测平面发生形变时，光波导将发生相应的形变，从而使光波导中的光信号产生不同程度的损失。在光信号采集处理端记录下光信号的改变，并转化为电信号实时通过无线发送模块发送给计算机，通过神经网络解算，将电信号还原为触觉信息，即完成了触觉感知。

具体地，光波导内芯11在柔性传感器受到外力刺激时主要发生截面积变化，也部分发生长度变化，使得光信号传播发生损失，使得光电三极管22检测到变化的光信号，进而输出不同的电信号检测到触觉交互的发生。

本发明由于采用了光波导传感原理以及光波导的阵列化布置，能够检测所有相交和相互挤压的光波导交点，并以此作为敏感节点，在敏感节点附近一定范围内都可感知触觉信息，而仅需在每条光波导末端布置光信号接收处理端。通过这一策略，本发明提出的柔性触觉传感器实现了以线性增长的数据处理代价获取了几何级增长的传感面积，即在传感面积增加时具有数据代价低的优势。

本发明的阵列化光波导柔性触觉传感器的制备方法包含如下几个步骤：

步骤S1、制作柔性光波导触觉敏感层。

步骤S101、制作柔性光波导触觉敏感层的外形模具以及光波导内芯模具，所述外形模具的内轮廓与待制备的柔性光波导触觉敏感层1的外轮廓相同，所述光波导内芯模具的外轮廓与待制备的光波导内芯11的外轮廓相同。

制作外形模具可以通过3D打印的方法，也可以通过其他方法。选取具有合适形貌的光波导内芯模具，是保证制备得到的光波导能够成功实现传送光信号的功能的关键。因为光波导内芯模具浸没在第一液态弹性体中，待第一液态弹性体固化为光波导包层后，取出光波导内芯模具留下的空洞的形貌与光波导内芯模具的形貌一致；在所述的空洞中注满第二液态弹性体，待第二液态弹性体固化后，所形成的光波导内芯的形貌与所述的空洞的形貌一致。所述的光波导内芯模具的形貌要求包括：具有合适的截面形状，使得光波导内芯在不同方向具有一致的灵敏度；具有适当的直径，与前后的发光供电端和光信号接收处理端尺寸匹配；具有较高的表面质量，使光信号能够大部分以全反射的方式沿光波导传播，而不是在光波导内芯与光波导包层的界面间产生较大的功率损失，从而为感知触觉信息带来的光损失留下足够裕量。示例性地，可以采用弹簧直钢丝或者预紧的鱼线来作为光波导内芯模具。

步骤S102、将外形模具与光波导内芯模具装配，组成柔性光波导触觉敏感层的模具。

步骤S103、制作光导波包层。

将液态弹性体Ecoflex 0030(一种弹性体的名称，为本领域所熟知的弹性体)经均匀脱泡处理后，注入柔性光波导触觉敏感层的模具的空腔，放入烤箱中静置加热至液态弹性体Ecoflex 0030完全固化，打开外形模具，并取出光波导内芯模具，得到具有空洞结构的光波导包层。

步骤S104、制作光导波内芯。

将液态弹性体聚氨酯经均匀脱泡处理后，注入光波导包层中光波导内芯模具留下的空洞，放入烤箱中静置加热至液态弹性体聚氨酯完全固化，得到柔性光波导触觉敏感层。

步骤S2、制作柔性电路层并与柔性光波导触觉敏感层装配

步骤S201、设计发光供电端与光信号接收处理端的电路，使该电路与柔性光波导触觉敏感层中光波导内芯的两端位置匹配，该电路整体布局的尺寸不大于柔性光波导触觉敏感层的尺寸。

步骤S202、将电路印刷在柔性电路板上，焊接并调试电路元件，。

步骤S203、将光波导内芯两端分别与光波导供电端以及光信号接收处理端对齐并固连装配。使光波导内芯11的两个端面与电路中的光源21、光电三极管22牢固贴合，使用聚氨酯材料进行粘接。

步骤S3、制作柔性衬底层并封装。

按照触觉传感器待布置表面的形状制备柔性衬底层的模具，使得柔性衬底层的模具与待布置表面外形相同。将第三液态弹性体经均匀脱泡处理后，注入柔性衬底层的模具中，加热静置至第三液态弹性体完全固化，取出柔性衬底层3并将其封装在已制得的柔性电路层2的底部。柔性衬底层用柔性材料制成，示例性地，柔性衬底层可采用硅橡胶材料。

实施例二

如图7至图9(b)所示，本实施例与实施例一的区别之一在于，柔性光波导触觉敏感层1、柔性电路层2、柔性衬底3的表面曲率不同，三层结构均为平面；区别之二在于柔性光波导触觉敏感层中的光波导内芯数量不同，为8条。本实施例与实施例一所产生的技术效果的区别在于更适用于敏感区域为平面的工作环境

除此之外，本实施例的其他内容，包括柔性光波导触觉敏感层1、柔性电路层2、柔性衬底3的内部结构及作用、触觉传感器的工作原理及制备方法等，均与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例三

如图10(a)与图10(b)所示，本实施例与实施例一的区别在于，柔性光波导触觉敏感层1中光波导内芯11为单层分布。本实施例与实施例一所产生的技术效果的区别在于减少了柔性光波导触觉敏感层中的光波导内芯数量，降低了制备难度，更适用于探测敏感表面是否发生了碰撞，而不是提取更加丰富的触觉信息。

除此之外，本实施例的其他内容，包括柔性光波导触觉敏感层1、柔性电路层2、柔性衬底3的内部结构及作用、触觉传感器的工作原理及制备方法等，均与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例四

如图11(a)与图11(b)所示，本实施例与实施例一的区别之一在于，柔性光波导触觉敏感层1中上层光波导内芯111与下层光波导内芯112在空间上不呈垂直分布，而是其他角度；区别之二在于，柔性光波导触觉敏感层1的边缘圆角角度不同。本实施例与实施例一所产生的技术效果的区别在于光波导内芯的轴线方向可沿着更关心的待测力的方向布置，可以在特定方向上获取更高的灵敏度。

除此之外，本实施例的其他内容，包括柔性光波导触觉敏感层1、柔性电路层2、柔性衬底3的内部结构及作用、触觉传感器的工作原理及制备方法等，均与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例五

如图12(a)与图12(b)所示，本实施例与实施例一的区别在于，柔性光波导触觉敏感层1中上层光波导内芯111与下层光波导内芯112相交。本实施例与实施例一所产生的技术效果的区别在于在敏感区域的表面上，互相垂直的两个方向具有一致的灵敏度，而不是其中一个方向埋附在光波导包层中另一个方向的下层，灵敏度稍低。

除此之外，本实施例的其他内容，包括柔性光波导触觉敏感层1、柔性电路层2、柔性衬底3的内部结构及作用、触觉传感器的工作原理及制备方法等，均与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例六

如图13(a)与至图13(c)所示，本实施例与实施例一的区别在于，柔性光波导触觉敏感层1中同一层内的相邻的光波导内芯11在一段内相交，一段内不相交，从而使对应光波导内芯11两端所固连的光源21与光电三极管22的数量不相同。本实施例与实施例一所产生的技术效果的区别在于减少了光源的数量，降低了柔性电路层的布置难度，且依然保留了较大的敏感区域。

除此之外，本实施例的其他内容，包括柔性光波导触觉敏感层1、柔性电路层2、柔性衬底3的内部结构及作用、触觉传感器的工作原理及制备方法等，均与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例七

本实施例为阵列化光波导柔性触觉传感器的柔性光波导触觉敏感层的一种布置，与实施例一的区别在于柔性光波导触觉敏感层内仅含有一根光波导内芯，呈半径渐大的螺旋状分布，布置在整体式光波导的球壳形状内部，在光波导的一端位于螺旋状的中心处布置光源，在光波导的另一端位于螺旋的外围处布置光电三极管，用于探测光信号。本实施例与实施例一所产生的技术效果在于极大地减少了光波导的数量，但通过修改光波导的布置形式，保留了原本的敏感区域面积。

除此之外，本实施例的其他内容，包括柔性电路层2、柔性衬底3的内部结构及作用、触觉传感器的工作原理及制备方法等，均与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例八

如图14所示，本实施例为实施例一至实施例七所述的柔性触觉传感器的一种应用。将实施例一至实施例七所述的任意一种柔性触觉传感器贴敷于机器人手指端，作为机器人皮肤，采集大面积范围内的机器人在环境中的交互信息，从而实现对于机器人手指的精密的力馈控制，使机器人能够实现灵巧操作，辅助机器人在非结构化环境中更加安全地进行高交互性工作。

实施例九

如图15所示，本实施例为实施例一至实施例七所述的柔性触觉传感器的另一种应用。与实施例八的区别在于，将实施例一至实施例七所述的任意一种柔性触觉传感器布置在人体的手指上而不是机器人的表面。例如：将柔性触觉布置在医生的手指上，可用于在医生诊脉、指检等工作过程中收集触觉数据，将收集到的大量数据送入神经网络进行学习，从中提炼医生诊病的关键指标，用于新研究方案的确定、医学生培养等用途。

实施例十

本实施例为实施例一至实施例七所述的柔性触觉传感器的另一种应用，与实施例八、实施例九的区别在于：将实施例一至实施例七所述的任意一种柔性触觉传感器布置在人体皮肤表面，用于人体各种生理触觉信号例如心跳、脉搏、呼吸等重要生命体征的不间断检测。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。