一种阻容串联式柔性触觉传感器的研制

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanghan0106
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目前,由于智能机器人以及仿生皮肤技术的发展,涉及到相关技术领域的研究逐渐受到人们的重视。对外部环境精准快速感知是智能机器人的基本能力,其中触觉是智能机器人感知外界的重要部分,包括温度、力和湿度等物理信息。能够不在人工的干预下独立的活动和处理问题是机器人智能化发展的方向,在此过程中需要机器人通过触觉传感器来感知外界的物理环境,进行目标的检测和识别,进而完成复杂和精细的任务,因此触觉传感器的研究和应用对实现机器人的智能化与自动化具有重要意义。在实际的应用中,触觉传感器需要具有类似人类皮肤的柔韧性与延展性,能够覆盖在不规则的接触表面上,才能更好的实现对外界环境的感知。在现阶段对于电容式触觉传感器的研究中大多存在一定量程范围内输出电容变化范围较小问题,因此研制一种较高测量灵敏度的柔性传感器具有广泛的实际意义。目前的触觉传感器整体制作材料缺乏柔韧性,并且大多数柔性电容传感器的输出电容初始值以及输出电容变化范围比较小。针对此现状,本文在已有工作的基础之上研制了一种柔性电容电阻串联式触觉传感器,该传感器全部由柔性材料组成,具有良好的柔韧性并且能够保证高量程下的灵敏度。除此之外,该柔性传感器具有工艺简单,结构简单,可靠性高等特点,为今后柔性触觉传感器的设计制作提供了一种新的思路。本文的主要工作总结如下所述:该传感器利用电容电阻串联电路特点,提出了一种双电容串联电阻的传感器结构方案。传感器两侧为电容结构,两电容之间是一导电橡胶弹性层,电学上起电阻的作用。相当于两电容之间串联一个电阻,外力作用时导电橡胶电阻的变化与两电容的变化共同构成最终输出电容值的变化。理论和实验都证明该方法有助于提高传感器的测量精确度灵敏度。通过一系列实验测试了传感器的输出特性,实验结果证明传感器输出电容灵敏度由未串联导电橡胶时的0.03pf/N提高到串联后的0.55pf/N。此外,相较于直接测量电阻变化,测量电容输出的相对误差更小,输出信号稳定时间缩短。
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