双电层电容-压电组合式非阵列触觉传感器机理研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lian2008bang
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触觉传感器是辨识物体特点、感知物体表面特征等环境信息的重要手段。近年来,智能机器人与人之间的合作越来越密切,对机器人触觉的研究越来越深入,赋予其触觉对实现机器人与人更好的协作有重要的意义。非阵列式柔性触觉传感器的研究对实现人机交互有着重大的意义,本课题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,提出了一种用于智能机器人的柔性非阵列式触觉传感器。本文在分析国内外触觉传感器技术领域基础上,对多种形式触觉传感器的进行分析和对比,阐述了触觉传感器的优缺点,并对本课题中设计的触觉传感器的感知原理进行了详细的介绍,设计触觉传感器的整体结构,由于传感器所受压力可以引起该传感器上电极板的电势分布发生变化,建立传感器的受力模型,推导电压与压力之间的关系,验证该传感器的压力检测可行性。研究触觉传感器的材料选择以及制作工艺,分析触觉传感器电极的导电机理,分析导电橡胶作为电极的导电性能,传感器结构中涉及到的网格层的尺寸对传感器产生的电容的影响,以及离子凝胶作为介电层形成的双电层电容的电容特性,初步进行压力测试中压电材料的选择及特性研究。针对该柔性触觉传感器的感知原理和定位方法,设计信号采集系统,实现信号的采集和显示。分析触觉传感器信号的采集原理,通过实验验证触觉传感器信号采集原理的可行性;研究非阵列式信号采集方法,提升传感器信号采集速度;利用数据采集卡采集传感器信号,同时编写上位机软件,对数据进行处理之后得到被测物体压力大小及位置。通过实验分析、验证本文中提出的非阵列式柔性触觉传感器的性能。对非阵列式触觉传感器进行电压输出-压力加载实验,测试传感器及信号采集系统的灵敏度和准确性,验证其触觉感知功能,同时进行位置的检测,通过传感器位置与输出电压存在的对应关系,得到被测物体的压力情况。
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