一种新型机器人三维力柔性触觉传感器的设计

基于柔性力敏导电橡胶材料,设计了一种能测量三维力的新型机器人柔性触觉传感器。研究了力敏导电橡胶材料的压阻效应,阐述了触觉传感器的设计思想,分别进行了触觉传感器单元设计和阵列结构设计和研究。获得了计算三维力的数学模型,并通过实验进行了三维力的验证。结果表明,设计的机器人三维力柔性触觉传感器具有设计简单,造价低廉,柔顺性好等优点,而且布置成阵列结构可用于医疗、体育、机器人等领域中检测三维力信息。     

一种新型三维力柔性阵列触觉传感器研究

研究了一种基于压敏导电橡胶的新型三维力柔性阵列触觉传感器,突破了目前触觉传感器不能兼有柔韧性和检测三维力的局限性,实现了真正类皮肤.该传感器利用了压敏橡胶的压敏特性,通过检测橡胶的电阻变化来分析受力信息.介绍了该传感器的基本结构,分析了其工作原理,给出了导电橡胶受力时的有限元分析结果,并对传感器进行了初步的仿真研究,结果表明该传感器能够实现检测三维力信息,为三维力柔性阵列触觉传感器的设计研究提供了新思路.     

基于导电橡胶的一种新型类皮肤触觉传感器阵列的研究

本文设计了一种基于导电橡胶的类皮肤柔性触觉传感器阵列,传感器阵列采用交叉排列的两层节点的框架结构,用注射成型(LIMS)的方法进行导电橡胶的整体浇注,通过测量外力作用下导电橡胶的阻值变化,求解出加载在柔性传感器表面上的三维力位置和大小。该设计突破了当前基于盔甲的柔性触觉传感器的设计思路,具有优良力学特性、柔韧性好、抗干扰能力强、在传感器表面可以连续点测量的特性。实验仿真结果表明,在理想导电橡胶的条件下,设计的柔性触觉传感器阵列测量三维力有较高的分辨率和精度,可以满足当前用于作机器人皮肤的需要。     

导电橡胶力敏传感器研究进展

介绍了导电橡胶力敏传感器的应用前景,分析了导电橡胶传感器的基本特性。通过对该传感器敏感单元制备过程的研究,指出了影响复合材料导电性能的主要因素包括填料类型、填充量、基体材料性能以及制备工艺等。通过对导电橡胶传感器压阻特性的研究,阐述了导电橡胶复合材料的导电机理。描述了该传感器的结构设计从检测简单的单向压力到检测三维力的发展过程。表述了制约导电橡胶力敏传感器的发展中的主要因素,并对未来研究方向提出了展望。     

一种基于导电橡胶的三维力柔性触觉传感器阵列机理与仿真研究

根据接触力学理论和导电橡胶的电阻应变关系,对一种基于压敏导电橡胶的三维力柔性触觉传感器阵列的传感机理进行深入的探索,并应用静电比拟法导出传感器节点间电阻与表面应力激励的关系,建立了传感器阵列表面三维力激励与输出电阻的物理模型。以此为基础对传感器输入输出特性进行了仿真,并基于仿真结果对传感器结构进行优化。仿真结果验证了该传感器结构设计的合理性。     

新型力敏导电复合材料的电阻温度特性研究

通过讨论基于柔性触觉传感器设计要求的力敏复合导电硅橡胶的导电机理,研究了力敏复合导电硅橡胶的电阻温度特性。并在实验的基础上对改善力敏导电胶的温度稳定性的方法进行分析,结果表明:在满足触觉传感器设计要求的力敏导电胶炭黑含量范围内,提高胶体复合材料的炭黑含量和在力敏导电胶中掺入纳米材料都能有效地改善力敏导电胶的电阻温度特性。     

三维柔性触觉/热觉传感器设计与仿真

针对目前触觉传感器研究中不能兼有柔韧性、多维力测量和热觉与触觉信号混杂等难题,设计了一种柔性多功能触觉/热觉传感器。介绍了该传感器的基本结构,并基于聚偏氟乙烯（ PVDF）薄膜的特性建立了三维力并行测量的数学模型。触觉检测基于PVDF的压电效应,热觉检测基于PVDF的热释电效应。通过对触觉和热觉信号做比例减法运算,从而彻底区分触觉和热觉信号。     

基于PVDF的三维力机器人触觉传感器的设计

当机器手抓取时物体受力信息检测是抓取过程顺利进行的基础,检测三维方向上的力便可充分反映物体的受力信息。当前用于抓取过程中三维力检测的触觉传感器还存在着一些不足,基于此,论文拟设计一种基于PVDF的三维力机器人触觉传感器。论文展示了传感器的结构设计,建立了压电薄膜及传感头结构的数学模型,设计了调理电路并对传感器进行测试和验证,结果表明该传感器能有效检测机器手抓取过程中的三维力信息。     

用于机器人皮肤的柔性多功能触觉传感器设计与实验

为实现智能机器人皮肤对三维力和温度的检测,设计并制作了一种柔性多功能触觉传感器.基于碳黑-硅橡胶显著的压阻效应设计了四电极对称结构的三维力传感器,基于碳纤维-PDMS(聚二甲硅氧烷)显著的温度敏感效应设计了叉指电极结构的温度传感器,分析了检测三维力和温度的工作原理.针对两种导电复合材料存在的力学/温度敏感特性交叉干扰问...     

柔性触觉传感器主要技术

结合理论分析和文献报道对现有柔性触觉传感器的主要技术进行了归纳总结,主要包括微机电系统(MEMS)的压阻原理,通过惠斯顿电桥将力转换成电量的基本原理,基于新型材料聚偏二氟乙烯(PVDF)的压电特性,电介质的力学性质与电学性质的耦合作用,以及基于导电橡胶的柔性触觉传感器导电机理和压阻效应。概述了3种主要技术物理特性,总结了3种主要技术应用在柔性触觉传感器上的优缺点和在各个领域上的实际应用,提出了触觉传感器一些有待解决的问题和研究方向。     

新型智能机器人触觉传感服装阵列标定的研究

为使智能机器人在汽车冲撞试验中获得准确的触觉信息,研发了一种基于导电橡胶压阻特性的新型触觉传感服装阵列.针对该传感阵列设计了静态标定试验装置,在常温下(25℃)研究了不同型号的导电橡胶( N05,N10,N15)的压阻行为特性,选出压敏性最佳的N10作为触觉传感服装的敏感元件;在此基础上提出了标定方案,标定结果表明:高...     

Hysteresis correction of tactile sensor response with a generalized Prandtl–Ishlinskii model

Tactile sensors are basically arrays of force sensors. Most of these force sensors are made of polymers or conductive rubber at lower cost, especially in the case of large area low-medium resolution tactile sensors. The consequence of such a decrease in cost and complexity is a worsening in performance. Hysteresis and drift are two main sources of error. Other tactile sensors do not present such limitations per se, however they are covered by a protective elastic layer in their final location and this covering can also lead to limitations. This paper presents a method to reduce the error caused by hysteresis in tactile sensors. This method is based on the generalized Prandtl–Ishlinskii model that has been applied to characterize hysteresis and saturation nonlinearities in smart actuators. The approximation error depends on several parameters as well as on the envelope functions that are chosen. Different alternatives are explored in the paper. Moreover, the model can also be inverted. This inverse model allows the force values to be obtained from the tactile sensor output while reducing the errors caused by hysteresis. In this paper the results of such an inversion are compared with other alternatives to register the data that do not compensate hysteresis. The average value of the hysteresis error measured in the experimental curve is 7.20% for an input range of 206?kPa, while this error is 1.51% following the compensation procedure. Since the implementation of tactile sensors usually results in the electronics being close to the raw sensor, and this hardware is also commonly based on a microcontroller or even on a FPGA, it is possible to add the algorithms presented in this paper to the set of compensation and calibration procedures to run in the smart sensor.     

导电橡胶触觉传感器阵列的标定实验研究

导电橡胶传感器是智能机器人服装的核心机件;标定出导电橡胶传感器的压阻特性是实现智能机器人触觉传感服装的核心内容之一;实验中,将导电橡胶安装在柔性阵列电极板里制作成触觉传感器阵列服装。对该传感器提出多种测量方法,确立其标定模型;给出数据建模的一般步骤。指出导电橡胶传感器设计的改进方向与部分方法。     

基于LMS Test.Lab的导电橡胶动态特性研究

搭建了基于LMS Test.Lab的分析试验系统,进行力锤系统与激振系统的配置,对导电橡胶进行了试验,并对测试数据进行分析.其结果对于进一步改进导电橡胶压力传感器提供了理论依据.研究表明:导电橡胶作为柔性压力传感器基材具有较好的阶跃响应特性与频率响应特性,其固有频率随着导电橡胶厚度的增大而增大.     

MEMS光纤法珀压力传感器的设计及解调方法实现

基于外界压力引起敏感膜片形变导致腔长变化来实现压力信号传感的原理,提出了一种MEMS光纤法珀压力传感器的设计,建立了传感器敏感膜片的挠度变化与膜厚、半径及施加压力的关系理论模型,并在此基础上进行了膜片的MATLAB二维数值仿真和Comsol Multiphysics三维数值仿真,并完成了FP压力敏感头的制作,进而设计了能够应用于光纤传感的解调方法,搭建了光纤传感的压力测试系统并进行了相关实验,利用所设计的解调方法对实验数据进行处理,进而对压力传感器的性能及特性进行了测试和验证。实验结果表明,传感器测试曲线线性度良好,与数值仿真结果基本一致,在100 kPa的量程范围内其灵敏度可达62.3 nm/kPa,温度敏感系数为0.023μm/℃,测量精度3.93%,且最小压强分辨率为1.29 kPa,证实了该MEMS光纤法珀压力传感系统具有一定的可行性。