分级倾斜微圆柱结构的高灵敏度柔性触觉传感器

为了满足电容式柔性触觉传感器在可穿戴电子设备、智能机器人、人机交互等领域的精准触觉感知应用需求,基于分级倾斜微圆柱结构提出柔性触觉传感器．传感器在受到外界压强作用时,引起倾斜微圆柱分级变形,导致传感器电容增大．结合仿真和实验研究传感器结构特征对其灵敏度的影响规律,揭示不同结构参数设计的传感器信号输出与加载压强间的关系,优化触觉传感器结构．实验数据表明,所提传感器具有良好的灵敏度(0.44 kPa^?1)和低检测下限(2.6 Pa),响应时间为40 ms,最大迟滞误差为6.7%,在2 400次循环加/卸载过程中展现了优异的重复性和稳定性．该传感器可以拓展为不同尺寸和形状的“皮肤”阵列,实现了机械手精准感知和人体运动姿态监测．     

基于球曲面极板的电容式触觉传感器研究

为提升电子皮肤的触觉感知灵敏度,提出一种基于球曲面极板的电容式柔性触觉传感器。介绍了电容式柔性触觉传感器的结构特点与制备流程,并结合理论计算与ANSYS有限元仿真阐述其触觉感知机理,空间立体排布的球曲面感应极板和差分式结构特点可协同提升电容式柔性触觉传感器感知灵敏度。基于高性能电容数字转换器AD7147-1和STM32微处理器搭建容性触觉信号采集与处理系统,完成了电容式触觉传感器特性测试及应用研究。实验结果表明,该传感器可实现法向力与切向力的高灵敏检测和稳定性,动态响应时间约为70 ms,进一步论证了其用作电子皮肤的可行性。     

柔性可穿戴无线音乐控制器的设计与实现

利用柔性传感器和微控制单元,设计并实现了可集成于服装进行跨平台音乐控制的无线控制器,为制备结构简单、成本低廉的柔性可穿戴传感系统提供了新的思路。基于柔性织物传感材料,提出了一种结构简单的传感器件作为控制器的按键,具有良好的穿戴舒适性。传感器件能够感知15kPa以内的手指按压动作。使用ESP32作为微控制单元,用于传感信号采集与数据处理。利用ESP32内部集成的蓝牙芯片,控制器可以与不同平台的终端设备连接进行无线数据传输。结果显示,所制备的无线音乐控制器与Windows电脑端及安卓手机端均可以进行稳定连接,传感器对手指按压识别准确率为99.7%,表明了柔性织物传感器在可穿戴设备领域具有广阔的应用前景。     

高柔弹性电子皮肤压力触觉传感器的研究

为解决可用于机器人等复杂三维载体表面的电子皮肤触觉传感器难以兼具高柔弹性及压力检测功能的难题,从材料的选取、结构的优化以及新型制作工艺等方面进行了研究,提出研制高弹性的柔性电子皮肤压力触觉传感器新方法. 采用新型银纳米线（AgNWs）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料,基于半圆与圆形相结合的高柔弹性导电薄膜电极层及阵列式“多孔PDMS”的新型“三明治”式传感器阵列结构,极大地提高了触觉传感器的柔弹性,用模具固化成型工艺制作了高柔弹性电子皮肤压力触觉传感器. 结果表明:这种电子皮肤压力触觉传感器具有良好的柔弹性,其弹性拉伸率超越人类皮肤的弹性,达到了30%,可覆盖于机器人等复杂三维载体表面；在不同载荷条件下进行了压力大小及分布情况的测量,发现在自然及拉伸状态下,该电子皮肤压力触觉传感器均具有较高的线性度、灵敏度及较小的迟滞误差. 研究结果为机器人触觉感知技术和智能化发展奠定了基础.     

电子皮肤触觉传感器研究进展与发展趋势

从介绍人类皮肤的触觉感知性能出发,全面综述了国际上多学科领域模拟人类皮肤的电子皮肤触觉传感器研究进展与关键技术;分析讨论了电子皮肤触觉传感器的工作原理、新型材料和结构、先进设计制作方法、触觉传感特性和性能指标等方面内容;重点总结了国内外近年来在电子皮肤阵列触觉传感器柔性化、弹性化、空间分辨率、灵敏度、快速响应、透明化、轻量化和多功能化等方面的研究进展.指出了电子皮肤触觉传感器的研究依然存在着难以兼顾高柔性和高弹性、高灵敏度电子皮肤设计制作工艺复杂,可扩展性差和成本高等技术难题.电子皮肤触觉传感器可广泛应用于机器人、医疗健康、航空航天、军事、智能制造和汽车安全等领域,正朝着高柔弹性、宽量程的高灵敏度、多功能、自愈合与自清洁、自供电与透明化等方向发展.     

一种高分辨率柔性阵列触觉传感器

设计并研制了一种机器人用高分辨率柔性阵列触学传感器。传感器各向异性压阻材料ＣＳＡ作敏感材料,触觉扫描采样电路为一种新型的行扫描电路,提高了传器频响。并对触 觉图像的处理作了简单的论述,最后给出了传感器性能测试结构和结论。     

一种新型柔性关节力矩传感器的设计

力矩传感器测量的力矩信息为柔性关节带来力感知能力.针对国内对于柔性关节力矩传感器的研究相对较少的现状,设计了一种用于轻型机械臂柔性关节的新型力矩传感器,建立了弹性体结构的三维模型,利用Workbench进行有限元分析,仿真结果可得弹性体的结构设计满足材料的强度要求.对所设计的传感器进行标定试验,结果表明:该新型力矩传感器静态特性良好,满足柔性关节使用要求.     

基于随机森林算法和摩擦起电传感器的人体运动识别研究

人体运动传感器是可穿戴设备、物联网等领域的关键传感器，低成本的聚合物多功能运动传感器有广阔的应用前景。基于摩擦起电原理，聚合物传感器可实现多种运动的感知。通过对传感器结构和电荷转移规律的分析，表明其可有效感知三维直线运动。将传感器固定在测试人员脚踝处，测得跑步和走路等不同运动状态下的输出电压。选择部分电极输出电压的极差和标准差作为特征量，采用随机森林算法对特征量进行分析，研究结果表明该方法对走路和跑步的识别准确率可达98.3%,为该型传感器在可穿戴设备上的应用奠定了基础。     

电流变流体触觉传感器及触觉信号检测

针对机器人柔顺抓握与稳定操作,给出了一种新型柔顺触觉传感器,这种触觉传感器能够在较小的接触力下产生较大的变形,从而顺从物体的形状,获取较多的接触信息,并能有效地改善指面的性能,降低接触感知时接触力对物体和传感器造成的破坏和其它不良影响,根据微小电容测量存在的问题,给出电容式触觉阵列的测试原理和方法,实现了触觉单元微小电容的测量,建立了触觉信号采集与处理的硬件及软件系统。     

基于磁致伸缩逆效应的纹理触觉传感器研究

纹理是物体表面微观结构分布特征的体现,为了提取不同物体表面微观结构特性,提出一种基于Galfenol材料的新型磁致伸缩触觉感知系统。基于磁致伸缩逆效应、悬臂梁挠度理论等建立纹理触觉传感器输出电压与纹理表面微观结构的关系。实验选取5种织物样本测试,测试的输出电压明显不同,然后利用MATLAB软件提取输出电压中与纹理有关的峰值平均电压和功率谱密度,表明在粗糙度大于6.0的范围内,传感器可以识别物体的粗糙度;在细密度大于6时,细密度的识别具有较高的灵敏度。最后通过测试触觉传感器的线性度为0.019%,灵敏度为97.31 mV/mm,重复性小于0.33%,验证纹理触觉传感器的稳定性,满足设计要求。     

计算机控制的智能化柔性机械手

该文设计和研制了一种完全可由计算机控制、具有指端触觉传感器的智能化柔性手实验装置,它不仅能像人手一样对触觉和滑觉有敏感的反应,而且利用由接触觉、滑觉信号转变得到的位置命令自动地操纵柔性手。文中的主要贡献是在柔性手指端安装了新型而灵活的触觉传感器,并将传感器的触、滑觉信号转变成位置命令给内部位置控制系统,由对抓握力的控制来实现手指的位置控制。并且由滑觉信号来自动实现位置误差的补偿,响应迅速而准确。经实验证明,该智能化柔性手能顺利完成抓握一定大小和重量范围内的物体的任务,在抓握易破碎的物体时达到了不破不摔的理想抓握状态。     

面向机器人触觉的柔性压力传感器

机器人触觉传感器需要同时满足对受力大小进行精确感知以及对作用位置进行精准定位。该文采用等离子体原位极化工艺,在柔性电路板上制备了PVDF-TrFE压电薄膜。在PVDF-TrFE薄膜的制备中,以少量羟基磷灰石掺杂提高了PVDF的结晶性能,有利于β晶型的转化,进而提高了PVDF的压电系数,提升了PVDF对力的电学响应精度,从而提高了感知器件灵敏度。采用柔性PCB电路板制备柔性PVDF压电传感器,不仅可以对力的大小实现三维传感,而且能够对作用力的位置进行定位,从而可以应用于机器人触觉传感。     

Piezoresistive characteristic of conductive rubber for flexible tactile sensor

In the research of 2D flexible tactile sensor matrix,pressure-sensitive conductive rubber was developed and tested in which carbon black was used as its conductive phase and silicon rubber as its matrix layer.Experiments were undertaken and the resultant data were used for its piezoresistive characteristics investigation for two kinds of electrode connection configurations,the surface directive connection and embedded connection.It is found that due to the rather strong nonlinearity of the piezoresistive characteristic curves obtained,a higher correlation relationship can be obtained by means of quadratic polynomial fitting.It also showed that the embedded electrode assembling has higher fitting accuracy while the surface directive connection has better mechanical sensitivity.     

液压机械手软抓取技术的研究

机械手常要进行抓取作业 ,为了能把物体抓住而不因夹持力过大而对物体造成伤害 ,设计了一种具有压觉和滑觉功能的机器人触觉传感器 ,对机械手抓取物体时遇到的问题及相应的施力策略进行研究 ,设计了一种比例因子可调整的模糊控制器 ,并进行了实验研究 .实验证明 ,使用机器人触觉传感器和模糊控制策略机械手能够进行软抓取作业