壓電三軸力觸覺傳感技術(shù)研究.pdf

1、本文介紹了國(guó)內(nèi)外觸覺傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，討論了應(yīng)用前景極為廣闊但目前還很不成熟的觸覺傳感器技術(shù)，并介紹了一些典型的觸覺傳感器的設(shè)計(jì)方法，分析了它們各自所具有的優(yōu)點(diǎn)和所存在的缺點(diǎn)?；谶@些分析，文中指出三軸力觸覺傳感器是觸覺傳感器發(fā)展的趨勢(shì)之一，然而在眾多的觸覺傳感器中，直接檢測(cè)三軸力方面仍然沒有令人滿意的解決方案。 針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文提出一種新型的基于壓電原理的三軸力觸覺傳感技術(shù)。它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于微

2、型化，受力元件之間沒有力干涉，容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)。該項(xiàng)目的研究應(yīng)用前景看好，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)踐意義，因此得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。 文中詳細(xì)闡述了這種傳感器的的工作原理和基本結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它主要由傳感頭(包括一個(gè)四角錐體、一個(gè)基座、四片壓電石英晶體)和網(wǎng)絡(luò)分析儀等設(shè)備組成。當(dāng)傳感頭受三軸力作用時(shí)，根據(jù)力學(xué)的分析可以確定三軸力與四角錐體四個(gè)面上單向力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用分別貼在四角錐

3、體四個(gè)面上的四片壓電石英晶體作為壓敏元件，由于石英晶體的力頻效應(yīng)(即石英晶體在受到應(yīng)力作用時(shí)，它的諧振頻率與應(yīng)力大小成正比)，從而最終確定了四片石英晶體的諧振頻率改變量與傳感頭上所受三軸力大小和方向之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，檢測(cè)石英晶體諧振頻率的改變量，便可計(jì)算出三軸力大小和方向。 本課題制作了這種傳感器，并設(shè)計(jì)了三軸力的加載裝置對(duì)傳感器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示力的三個(gè)分量與四片壓電石英晶體之間有良好的線性關(guān)系，驗(yàn)證了壓電三軸力觸覺傳感