基于压电薄膜传感器的软抓取机械手研究

基于压电效应和热电效应的新型薄膜传感器聚偏氟乙烯(PVDF)设计软抓取机械手,通过采集对抓取和释放过程中电荷量的变化判断抓取状态,利用模糊控制理论调控舵机实现软抓取功能。抓取质量小于1kg,体积小于10-3 m3的物体,平稳移动0.6m到达指定位置,偏移误差小于3cm;加入热觉感知功能,温度高于60℃时仿生机械手会自动弹开。基于压电薄膜传感器的软抓取机械手克服了传统机械手无法自主判断夹持力度的弊端,提高了仿生功能。     

PVDF薄膜机电特性试验装置设计

与采用悬臂梁或Hopkinson压杆等来研究聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜性能不同,该文针对PVDF压电薄膜在不同载荷和频率范围内机电响应特性问题,设计了一种可全面研究PVDF压电薄膜机电响应特性的试验装置。该装置由激振器加载部分与应变、加速度、动态力测量部分及试验台架组成,利用此装置可实现动态力的快速加载及加载力、应变及PVDF薄膜响应的同步测量。利用该试验装置对PVDF压电薄膜实施了动态加载试验,获得了较稳定的PVDF响应、应变及加载力的试验曲线,证实了该试验装置的可靠性,为PVDF压电薄膜粘弹性和压电特性的研究提供了一种试验手段。     

基于PVDF压电薄膜的仿生触觉检测系统研究

为了提高触觉传感器的灵敏度,依据聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜压电效应的基本原理,结合人体皮肤生理结构层仿生学,设计双凸点拱形结构传感器,优化集成信号调理电路,设计上位机LabVIEW数据分析处理程序,提出一种基于PVDF压电薄膜的仿生触觉检测系统。针对不同结构传感器测试分析,使用Origin软件对采集数据进行处理,验证了双凸点拱形结构传感器滑觉信号检测灵敏度最佳,是无凸点拱形传感器的1.36倍、上凸点拱形传感器的1.19倍。实验表明,该系统可检测判断触滑热觉信号,实现触觉传感器的仿生皮肤功能。     

基于多传感器数据融合的仿生机械手研究

针对大多数的机械手只能重复执行固定动作,无法自调整和软抓取等特点,设计了基于多传感器数据融合技术的12自由度仿生机械手。机械手利用聚偏氟乙烯(PVDF)传感器采集4根手指的电荷信号,通过电荷/电压(Q/U)转换、调理、采集电路,提取有用信号送至控制器中并对触、滑、热觉和物体空间状态信息进行融合,获得进一步动作指令,控制机械手调整抓握方式。经过测试分析,设计的机械手可在0.5s内抓取任意不规则形状及如生鸡蛋等脆性较高等物体,通过融合信息反映出物体的大致形状,实现机械手的仿生功能。     

2×4阵列PVDF薄膜键盘设计

分析了聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜力传感器的响应特性和工作模式,提出一种基于PVDF压电薄膜的2×4阵列键盘设计方法.键盘由紧密结合的上电极保护层、单层压电薄膜和带有凹槽的一体化下电极基座构成.设计了以比较器为核心的按键检测电路,对相邻按键间及按键区与非按键区之间的干扰进行了测试.实验结果表明,该键盘灵敏度高,响应快,能可靠探测到按键区的压力信号.所设计的阵列PVDF薄膜键盘结构简单、轻薄,具有较好的应用前景.     

PVDF压电薄膜在足底压力测量中的应用

根据测量的需要,该文将聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜应用于足底压力测量。以16点PVDF压电薄膜传感器阵列为例,详细介绍了PVDF压电薄膜的工作原理及其传感器阵列的制作过程,并设计出相应的信号调理电路,给出了实验测试结果。实验表明,PVDF压电薄膜具有较好的灵敏度、稳定性及重复性,能可靠采集到足底压力信号,适合于足底压力测量。     

通过设计压电式传感器实现结构声有源控制

以简支板为例，利用压电式传感器测量声辐射模态。通过在板表面均匀粘贴一组相同形状的矩形高分子压电薄膜(PVDF)，然后通过设计这组PVDF输出的加权系数，得到各阶声辐射模态的伴随系数。研究表明这种传感器策略与辐射体表面上的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关。该文以压电陶瓷(PZT)作为作动器，通过数值计算分析了这种传感器策略的控制效果。     

基于PVDF的表面计测传感特性分析与应用

探讨了聚偏氯乙烯（PVDF）压电薄膜的传感特性,建立了一套包括电荷放大器、数据采集器的计算机信号处理系统,为PVDF传感器用于应变测试提供了理论基础。该文根据PVDF压电薄膜压电特性设计的表面计测传感器,具有压电系数高,柔韧性好,质量轻,易粘贴和价格低廉等优点。将该传感器用于粗糙度测试,实验表明该表面计测传感器能敏感地识别纸张粗糙度的变化。     

基于LabVIEW的PVDF压电薄膜触滑觉识别系统

利用聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性特点和压电敏感特性,设计并构建了基于LabVIEW的PVDF触滑觉识别系统,该系统由传感器,信号采集模块及LabVIEW信号处理显示3个模块组成。该文分别设计了触、滑觉传感器、信号调理电路及LabVIEW人机对话窗口,并进行了触、滑觉识别实验。实验结果表明,该系统能灵敏、准确的识别触觉和滑觉。     

PVDF触滑觉传感器结构及其调理电路设计

应用聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜作为敏感材料,通过结构设计增加PVDF薄膜传感器的微振动信号响应,制作了新型触滑觉传感器。采用CA3140作为电荷放大器对PVDF压电薄膜传感器的电荷变化进行放大,再通过电压放大、工频陷波及低通滤波处理,调理分辨出直观的触觉信号和滑觉信号。测试结果通过示波器观察可明显分辨出触觉信号和滑觉信号。     

基于PVDF的呼吸信号检测腰带研究

针对人体睡眠状态呼吸信号检测的重要性,基于聚偏氟乙烯(PVDF)的正压电效应,研制了一种呼吸信号检测装置。装置前端由PVDF压电薄膜和可伸缩腰带组成,为获得稳定的呼吸信号,在压电薄膜和腰带间引入弹性结构。针对传感器输出端呼吸信号提取,设计了高品质、灵活的信号处理电路。测试结果表明,该装置检测的呼吸信号波形以周期性形态呈现,稳定性好,满足实际检测需要。     

低频荷载下PVDF压电薄膜检测电路的研究

针对PVDF压电薄膜传感器内阻大、低频荷载下输出信号微弱以及易受外界噪声干扰的问题,设计了一种由双电容负反馈差分电荷放大电路和二阶低通滤波电路组成的检测电路。在0.2 ~20 Hz低频荷载下分别用该检测电路和传统检测电路对PVDF压电薄膜传感器进行检测,并将实验结果进行了对比分析。结果表明,该检测电路的输出电压幅值提高了90%,且具有较强的抗干扰能力,能降低后级电路信号处理的难度。     

PVDF压电薄膜传感特性研究

聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜是一种压电高分子材料,它具有独特的压电效应,被广泛应用于振动测量等各个领域。但对于压电薄膜在受到外加应力时其输出特性的研究较少。该文理论分析了PVDF压电薄膜的传感机理和电路等效模型;然后利用COMSOL软件进行仿真;最后实验研究了PVDF压电薄膜在不同激励振幅、激励频率及外加应力下的动态响应。研究结果表明,压电薄膜输出信号的幅值与薄膜振幅成线性关系,与所受外加静态应力无关。     

Modeling and testing of an endoscopic piezoelectric-based tactile sensor

This paper reports on the design and modeling of an endoscopic tooth-like tactile sensor which is capable of measuring compliance of a contact tissue/sensed object. Present day endoscopic graspers are designed to be tooth-like in order to grasp slippery tissues. They are not, however, able to measure tissue tactile properties such as force and softness. In this work, proof of a conceptual and innovative design of an endoscopic piezoelectric tactile sensor is presented. The main objective of this study is to design and model a piezoelectric sensor capable of measuring the total applied force on the sensed object, as well as the compliance of the tissue/sensed object. Detecting the sensed objects compliance is based on the relative deformation of contact object/tissue on the rigid and compliant elements. One polyvinylidene fluoride (PVDF) film is placed between the rigid cylinder and the plate and is responsible for the measurement of the force applied on the rigid element. Another PVDF film is sandwiched between the two base plates to measure the total force applied on the sensor. The compliance of the sensed object is measured by recording the PVDF films response under different load sets. The data obtained for the force variation are plotted against the modulus of elasticity of the sensed object. We used finite element modeling results as a basis of comparison for the experimental data. The agreement between the theoretical predictions and the experimental data is reasonable and within the acceptable range.     

基于压电传感的电缆接头界面压力测量研究

配网电缆接头冷缩管的界面压力是电缆接头绝缘强度和密闭性能的重要保障.目前研究中很少分析在界面压力测量中因薄膜传感器本身形变造成的误差.因此,该文首先优化压电薄膜传感器结构,减小压电材料形变产生的影响,然后根据实际形变量对弯曲力进行补偿,分别给出了结构优化与受力补偿的量化公式,并试制电缆接头界面压力测量装置.实验结果表明...     

压电薄膜新型测力传感器及其调理电路的研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜作为信息采集端并根据实际需要进行结构优化,制成搏击比赛用测力传感器模块。通过对比电荷放大器、射极跟随器、电压跟随器的性质及实际工作特点,最终设计了基于AD744KR运放的电压跟随器作为调理电路。再根据各自工作原理进行等效分析、模拟仿真,并最终实现制成工程样机达到研究目的。     

基于压电驱动的靶球筛选操作机理及实验研究

针对惯性约束聚变中靶球筛选操作的粘着问题,提出一种基于压电驱动控制的微操作方法,并结合微机电系统(MEMS)技术和微驱动方法,研制压电驱动操作模块用于实验研究.首先,分析微尺度对象粘着机理并进行粘着接触模型的建立,并在此基础上提出对操作工具施加振动,利用惯性力作用克服粘着力的动态操作方法;同时,结合靶球筛选操作的特点,分析操作控制策略;最后建立了基于压电驱动的微操作实验系统.针对直径Φ50～400 μm的靶球对象进行操作实验,成功实现了靶球样品的高效、准确拾取和释放,拾取和释放成功率大于90％.