【摘 要】
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近年来,柔性触觉传感器作为电子皮肤的重要分支,迫切需要具有宽量程、高灵敏、低迟滞等优点的触觉感知能力。为进一步提高柔性触觉传感器的应用范围,本文将从传感器的结构设计出发,研究制备具有高柔韧性、高灵敏度、宽检测范围以及快速响应等优点的电容式柔性触觉传感器。本文主要研究内容:基于仿生结构提出一种阵列式交错台阶状柱体结构介质层,利用有限元仿真验证基于台阶状柱体结构介质层触觉传感器的可行性,不同结构介质层
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近年来,柔性触觉传感器作为电子皮肤的重要分支,迫切需要具有宽量程、高灵敏、低迟滞等优点的触觉感知能力。为进一步提高柔性触觉传感器的应用范围,本文将从传感器的结构设计出发,研究制备具有高柔韧性、高灵敏度、宽检测范围以及快速响应等优点的电容式柔性触觉传感器。本文主要研究内容:基于仿生结构提出一种阵列式交错台阶状柱体结构介质层,利用有限元仿真验证基于台阶状柱体结构介质层触觉传感器的可行性,不同结构介质层的仿真结果表明台阶状柱体结构介质层具有超弹性。利用3D打印、流体成型及层-层组装方法制备基于交错台阶状柱体结构介质层电容式柔性触觉传感器,揭示复合介质层结构特征对其性能的影响机制,确定触觉传感器优化策略,提高传感器灵敏度性能,并对其静/动态性能进行表征。实验验证了本文提出的柔性电容式触觉传感器具备高灵敏度(在0-1 kPa范围内,灵敏度为0.583 kPa-1,在0-10 kPa范围内,灵敏度为0.147 kPa-1,在10-100 kPa范围内,灵敏度为0.043 kPa-1,在100-200 kPa范围内,灵敏度为0.017 kPa-1)、宽检测范围（200kPa）、快速响应（39 ms）/恢复（42 ms）以及低迟滞（9.72%）等优异特性。结合该传感器的优势特性,实现了风压振动检测、呼吸监测、人体运动检测、机械手抓取/释放等应用。实验结果表明,本文设计的基于台阶状柱体结构介质层柔性触觉传感器在电子皮肤的触觉感知领域具有重大的应用潜力。
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