【摘 要】
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柔性三维力传感器与传统传感器相比具有良好的可塑性、可微型化等优势,可以在不同复杂工作环境下基底实现任意变形贴合,且精确测量多维力信息。此外,柔性三维力传感器作为信息采集的主要工具,也广泛的应用在智能机器人、电子皮肤、健康医疗检测和工业制造等领域。柔性三维力传感器的基材是实现高柔韧性的关键,而聚苯胺/聚乙烯醇（PANI/PVA）水凝胶因具有优良的力学性能与传感性能,是新型柔性传感器基材的研究热点之一
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柔性三维力传感器与传统传感器相比具有良好的可塑性、可微型化等优势,可以在不同复杂工作环境下基底实现任意变形贴合,且精确测量多维力信息。此外,柔性三维力传感器作为信息采集的主要工具,也广泛的应用在智能机器人、电子皮肤、健康医疗检测和工业制造等领域。柔性三维力传感器的基材是实现高柔韧性的关键,而聚苯胺/聚乙烯醇（PANI/PVA）水凝胶因具有优良的力学性能与传感性能,是新型柔性传感器基材的研究热点之一。因此本文从高分子复合材料PANI/PVA水凝胶出发,从宏观与微观两个角度出发研究其力学性能与传感性能,并以此PANI/PVA水凝胶设计制备了一种“三明治”式柔性三维力传感器。首先,对复合材料体系的选择进行了研究,对基底材料、导电填料、质子酸以及引发剂进行研究,选定最优的材料,并以此制备了PANI/PVA水凝胶。对PANI/PVA水凝胶力学性能和传感性能进行了实验研究,结果表明PANI/PVA水凝胶力学性能优良且具有高灵敏度（GF≈1.35）、高电导率（10.8S/m）、稳定的重复性,适合作为柔性三维力传感器的基底材料。其次,分析PANI/PVA水凝胶的导电机理并设计柔性三维力传感器的结构。选择一种“三明治”式夹层结构。分别由凸起应力加载层、上层FPCB板、压敏材料PANI/PVA水凝胶和下层FPCB板组成。针对该结构,从理论上进行了受力分析,分析结果表明该结构具有分辨并分解三维力的能力,对该结构进行仿真验证。并制备了柔性三维力传感器。最后,自行搭建了标定实验系统对柔性三维力传感器进行静态标定实验。该标定系统由三维力加载平台、分辨率为0.02N的标准三维力传感器以及高精度万用表组成。对柔性三维力传感器分别进行三维标定并同步采集数据。用麻雀搜索算法优化的BP神经网络（SSA-BP）对标定数据进行数据解耦,解耦结果表明SSA-BP神经网络在19次迭代后训练达到最佳位置,损失误差为9.3×10-6N,比单一的BP神经网络具有更好的收敛速度,精度有一定程度的提高。
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