用于檢測(cè)三維力的柔性觸覺傳感器結(jié)構(gòu)及解耦方法研究.pdf

1、柔性多維觸覺傳感器的研究對(duì)于未來智能機(jī)器人的發(fā)展而言是非常重要的。
　　 所謂的“柔性多維”是指觸覺傳感器從物理特性上具有類似于人類皮膚一樣的柔性，可以覆蓋在任意的載體表面測(cè)量多維力信息，從而感知目標(biāo)對(duì)象的性質(zhì)特征。
　　 觸覺傳感器是智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)與外部環(huán)境直接作用的必需媒介，因此，研制符合實(shí)際應(yīng)用要求的觸覺傳感器已經(jīng)成為機(jī)器人發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)之一。此外，柔性多維觸覺傳感器在體育運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療康復(fù)和人體生物力學(xué)等研究領(lǐng)域中

2、也有重要的應(yīng)用。
　　 本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“一種新型柔性多維陣列觸覺傳感器的研究（NO.60672024）”和“基于新型壓力溫度敏感導(dǎo)電橡膠的多功能陣列觸覺傳感器研究（NO.61072032）”以及國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目“用于檢測(cè)三維力的人工皮膚”（NO.2007AA04Z220）的支持下，針對(duì)目前觸覺傳感器研究和應(yīng)用中無法兼有柔韌性和三維力檢測(cè)功能等難題，設(shè)計(jì)了一種基于新型力敏導(dǎo)電橡膠的柔性三維觸覺

3、傳感器，綜合應(yīng)用材料科學(xué)、彈性力學(xué)、傳感技術(shù)以及人工智能等多學(xué)科理論對(duì)傳感器敏感材料、傳感器結(jié)構(gòu)以及傳感器解耦等關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。
　　 本文的主要研究?jī)?nèi)容及取得的創(chuàng)新性成果如下：
　　 1．對(duì)觸覺傳感器的多種不同整體性結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較研究，在此基礎(chǔ)上提出了一種整體兩層非對(duì)稱網(wǎng)狀式的傳感器結(jié)構(gòu)，打破了傳統(tǒng)觸覺傳感器的“盔甲”式組合陣列結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)傳感器的柔性化奠定了基礎(chǔ)；采用可“整體液體成型”的新型柔性力敏導(dǎo)電橡膠作為敏感

4、材料，進(jìn)一步提高了傳感器的柔韌性和可延展性，使得觸覺傳感器的“類皮膚”成為可能；
　　 2．基于力敏導(dǎo)電橡膠的理想力學(xué)特性，建立了三維力并行測(cè)量的數(shù)學(xué)模型，并通過對(duì)該模型的求解解決了三維力及各受力點(diǎn)之間復(fù)雜的耦合問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器表面任意單點(diǎn)三維力、多點(diǎn)三維力以及三維面力信息的測(cè)量，而非單元組合式觸覺傳感器檢測(cè)的閾值量，擴(kuò)展了觸覺傳感器可檢測(cè)三維力信息量的規(guī)模，能夠進(jìn)一步滿足服務(wù)機(jī)器人及仿生機(jī)器人對(duì)觸覺傳感器三維力檢測(cè)能力的實(shí)

5、際需求；
　　 3．提出了基于導(dǎo)電橡膠隧道效應(yīng)的三維力測(cè)量模型，并探討了初步的解耦方法，該模型的研究更多考慮了敏感材料的實(shí)際性質(zhì)，為進(jìn)一步研究基于力敏導(dǎo)電橡膠的柔性多維觸覺傳感器提供了理論基礎(chǔ)；
　　 4．對(duì)柔性三維力觸覺傳感器的標(biāo)定進(jìn)行了探討研究，針對(duì)傳感器的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了新型標(biāo)定平臺(tái)，并討論了基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳感器標(biāo)定方法。本文研究的新型柔性多維觸覺傳感器既具有類似于人類皮膚的柔順性，又具有檢測(cè)三維力信息的功能，