N型電阻式與全柔性電容式三維力觸覺傳感器結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、觸覺感知是機器人實現(xiàn)高度智能化的重要基礎(chǔ)，而目前機器觸覺技術(shù)的應(yīng)用遠不如機器視覺技術(shù)，其主要原因就是現(xiàn)有的大部分觸覺傳感器還不能滿足觸覺感知應(yīng)用的要求。因此，開發(fā)高性能的觸覺傳感器已經(jīng)成為機器人技術(shù)領(lǐng)域的一個重要研究方向。力傳感是觸覺感知最基本的功能，為應(yīng)對復(fù)雜多變的機器人操作環(huán)境，力觸覺傳感器正逐漸從剛性到柔性、從單維向多維演變。針對現(xiàn)有觸覺傳感器多為剛性或半柔性結(jié)構(gòu)，以及限制較大的單維法向或單維切向的力檢測能力，本論文在前期工作的基

2、礎(chǔ)上主要對電阻式和電容式柔性三維力觸覺傳感器的新型結(jié)構(gòu)開展設(shè)計優(yōu)化和分析驗證研究。主要工作如下:
　　(1)對本課題組提出的N型電阻式柔性三維力觸覺傳感器進行多物理場耦合有限元仿真計算。研究了單維法向/切向力和任意多維力與傳感器模型輸出電阻矩陣的變化關(guān)系，仿真結(jié)果表明該傳感器模型能夠有效的感知任意輸入三維力的大小和方向。
　　(2)利用BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對N型柔性三維力傳感器的有限元仿真結(jié)果

3、進行解耦，仿真結(jié)果證明該網(wǎng)絡(luò)的輸出能夠準確地反應(yīng)輸入的三維力大小。
　　(3)基于電容式傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，提出了一種全柔性電容式三維力觸覺傳感器模型。詳細論述其工作原理，并根據(jù)位勢理論對傳感器敏感單元受力情況進行了理論推導(dǎo)。
　　(4)利用有限元技術(shù)對全柔性電容式三維力觸覺傳感器敏感單元進行靜電場和力場的多物理場耦合仿真分析，驗證了理論推導(dǎo)結(jié)果。并針對傳感器敏感單元受縱向力后電容變化小等問題，對傳感器敏感單元進