基于新型导电橡胶的三维力柔性阵列触觉传感器研究

针对目前多维阵列触觉传感器不能兼有柔韧性和测量多维力特征信息等难题,研究了一种基于导电橡胶的新型柔性三维力触觉传感器,通过检测橡胶的电阻变化来分析受力信息.该传感器的敏感单元采用"整体液体成型"的方法制作而成,操作简便,有利于触觉传感器的产品化.介绍了该传感器的基本结构及其工作原理,并对三维力的检测进行了仿真研究,结果表明该传感器能够实现对三维力信息的检测.     

三维柔性阵列触觉传感器结构设计

为减少类皮肤三维柔性触觉阵列传感器设计的复杂度,本文比较了基于导电橡胶的几种传感器结构设计方法,提出了采用整体式框架结构,节点行之间独立的非线性传感器结构.此设计不仅有利于传感器结构的加工实现,而且大大地降低了解耦算法的复杂度.仿真结果表明基于该结构的传感器可以实现大规模三维柔性触觉的信息测量以及传感器规模的扩展.     

柔性触觉传感器用导电橡胶的纳米SiO2改性技术

分析了纳米SiO2的特性及其对柔性触觉传感器改性技术的机理.文中通过进行纳米材料对柔性触觉传感器用敏感材料导电橡胶的掺杂实验,研究了添加纳米SiO2对导电橡胶的导电性、电阻蠕变特性和温度稳定性的影响结果,并分析了其对触觉传感器的线性、滞后、重复性的改善.并通过对添加不同含量和未添加纳米粒子的材料的性能对比,获得了纳米SiO2的添加质量份数为3%时的触觉传感器综合特性指标较好.实验结果表明了纳米材料对柔性触觉传感器材料的良好改性作用.     

新型三维柔性触觉阵列传感器标定系统与方法研究

介绍一套新型三维柔性触觉阵列传感器标定系统,该系统可用于柔性压敏材料的标定。该系统分别采用求解标定矩阵和BP人工神经网络的方法完成传感器标定,进行误差分析并比较其优缺点。该系统的设计简化了对柔性阵列单元进行标定的程序,达到了预期的目的。     

三维柔性触觉传感器静态标定方法研究

为了解决三维柔性触觉传感器的静态标定问题,本文对三维柔性触觉传感器标定的特殊性以及采用砝码标定法标定三维触觉传感器时标定装置中的静摩擦力引起的误差进行了分析,提出了基于六维力测量来标定三维触觉传感器的方法,研制了一种基于六维力测量的气浮式标定平台;该平台采用气浮的方法将一个矩形六面体结构的浮板完全浮起,通过测量每组气浮承压腔内的压力来求取作用在浮板上沿X、Y、Z坐标轴方向的外力和绕X、Y、Z坐标轴方向的外力矩;给出了作用在标定平台表面上任意力的大小、方向和作用点坐标的计算公式。实测数据表明,研制的气浮式标定平台性能可满足三维柔性触觉传感器的静态标定要求。     

柔性阵列电容式触觉传感器设计与实验

针对现有柔性触觉传感器柔性差、结构和加工工艺复杂等问题,设计了一种可用于智能机器人和健康监测领域中的柔性阵列电容式触觉传感器。传感器由上电极层、下电极层和中间介电层构成,每个电极层上有多个平行带状电极,且上下层电极互相垂直,电极垂直交叉点形成阵列传感器单元。介绍了柔性阵列电容式触觉传感的理论基础和结构设计,并根据阵列结构建立了信号采集和处理系统。实验证明,该柔性阵列电容式触觉传感器和信号采集系统有很好的稳定性和准确性,可获得其表面的压力分布情况,并可在上位机中图形化呈现。     

基于 PVDF 三维力传感器设计

在现代机器人技术和柔性电子应用中,迫切需要具有高灵敏度、良好灵活性和三维力测量能力的柔性触觉传感器。本文提出了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的触觉传感器,实现动态三维力测量。传感器由3个夹角为120°的PVDF压电敏感单元构成3个压力敏感区,3个压电敏感单元安置在聚二甲基硅氧烷(PDMS)半球型结构的底面。从PDMS半球顶部传递的三轴接触力引起3个压电敏感单元的电荷分量发生变化,从而计算出接触力的方向和大小。本文推导了基于3个压电敏感单元触觉传感器的三维力算法,对所制备的传感器进行了标定,实现了三维动态力的测试。结果表明,角θ的平均误差为7.75%,角■的平均误差为12.17%,力F的平均误差为7.48%。该三维力触觉传感器在穿戴式电子产品、健康医疗、人机交互等领域拥有很好的应用潜力。     

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0~50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。     

压电式轴上六维力传感器的研制

本文对现有的六维力传感器及其力敏元件进行分析和研究,研制了一种能准确测量轴上空间六维力的新型四支点压电石英并联式轴上六维力传感器.选择压电石英作为四支点六维力传感器的力敏元件,提出了两种不同的力敏元件空间布置方式,对其建立了数学模型和解耦计算,得到作用在轴上的空间六维力.分析了压电石英传感器测量轴上六维力产生偏差的原因,通过实验进行了验证,确定出压电石英六维力传感器的力敏元件相对合理的布置方式,为轴上六维力测量提供了参考依据.     

用于检测三维力的“人工皮肤”

“人工皮肤”近日在中科院合肥物质科学研究院智能所问世，这是一种既类似于人的皮肤，又能感知多维力信息的新型柔性多维阵列触觉传感器。