柔性触觉传感器用力敏导电橡胶力学灵敏度研究

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料.研究了基于力敏导电橡胶的柔性触觉传感器灵敏度随复合材料的填料用量,不同种类填料并用而变化的特性.对材料的弹性形变、炭黑和填料并用的网络化进行了分析.通过实验,获得了在不同填料配比下的力敏导电橡胶的横向和纵向力灵敏度,渗流区不同位置下的灵敏度.实验表明,当炭黑(8%)和SiO2(27‰)并用时,复合材料电阻刚好处于渗流区的高阻态端,弹性模量较低,力学灵敏度高.采用体压阻效应与界面压阻效应相结合的方式制作柔性触觉传感器可获得较高力灵敏度.     

柔性触觉传感器用导电橡胶压阻特性及其拟合

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备柔性触觉传感器用导电复合材料.分析了测量压阻特性的电极置于导电橡胶体内或覆盖于导电橡胶表层对压阻实验数据的影响.实验结果表明,压阻特性非线性特性明显,采用二次多项式拟合压阻实验数据可获得高拟合优度,且电极内嵌于导电橡胶测得的压阻数据拟合的相关系数均高于电极外贴在导电橡胶上测得的压阻数据拟合的相关系数.灵敏度与材料的初始电阻正相关,电极外贴于导电橡胶表面的传感器结构可获得较高的力灵敏度.     

一种全柔性电容式触觉传感器设计与试验

为实现法向力与切向力感知,设计了一种可用于机器人仿生皮肤的电容式柔性触觉传感器,并设计成阵列结构.以硅橡胶为柔性基体,有机硅导电银胶为上下两柔性极板,共同构成电容式触觉敏感单元.分析并介绍电容式柔性触觉传感器的工作原理、结构设计及触觉信息采集与处理系统.可实现法向力0~5 N范围内灵敏度为6.78 f F/N,切向力0~3 N范围内灵敏度为11.45 f F/N的触觉感知功能.试验结果表明,该全柔性电容式触觉阵列传感器具有良好的稳定性与灵敏度,可用作人工皮肤实现触觉感知.     

用于仿生皮肤的电容式三维力触觉感知系统

为解决可穿戴传感器触觉感知信息单一, 不具备柔性以及可穿戴性差的问题, 研究了一种兼备法向力与切向力感知功能的电容式三维力柔性触觉传感器。阐述了传感器的结构设计、触觉感知机理, 并借助ANSYS传感器有限元仿真软件进行触觉感知机理验证。基于CC2530 低功耗微处理器与AD7147-1 型电容数字转换器构建便携式电容触觉信息感知系统。可分别满足法向力0 ~ 5 N 范围检测灵敏度为6. 87 fF/ N 以及剪切力0 ~3 N时灵敏度为10. 96 fF/ N 的触觉感知, 动态响应时间为226 ms。实验结果表明, 该电容式三维力触觉传感器具备良好的工作稳定性与灵敏度, 为可穿戴式人工皮肤的研究提供了一种设计方案。     

柔性压阻碳复合膜的制备及其特性

为研究柔性力敏传感器,以碳纳米粉为导电相,硅橡胶和有机树脂为绝缘相,在聚酰亚胺基底材料上制备了一种新型的柔性碳复合膜,其金属电极和引线用MEMS工艺制备。实验研究表明:在0～1MPa范围内这种碳复合膜的导电特性随正向应变发生显著变化;在0～0.7MPa范围内表现近似线性的压阻关系,并具有良好的温度稳定性。用这种碳复合膜制备的力敏元件不受被测物体表面形状的限制,可以被广泛应用于各种规则和不规则曲面的挤压应力测量。     

集成三维力传感器的微夹持器设计与试验 

设计了一种集成三维力传感器微夹持器,通过压电陶瓷堆驱动和柔性铰链放大来实现夹持动作.微夹持器的弹性体为2个L型结构,对L型结构进行了优化设计和受力仿真分析,在2个L型结构的相应敏感部位分别粘贴3组应变片对空间三维力进行测量.通过试验验证了微夹持器的合理性和实用性.
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耐高温压阻力敏硅芯片及静电键合工艺

采用微型机械电子系统(MEMS)技术制作出了平膜型硅隔离(SOI)耐高温压阻力敏硅芯片,采用静电键合工艺将该力敏硅芯片封装在硼硅玻璃环上,制作出倒杯式弹性敏感单元.分析了静电键合时力敏硅芯片与玻璃环的对准偏差对力敏硅芯片非线性的影响;实验验证了静电键合工艺对硅芯片温度性能的影响以及制作的耐高温压力传感器的性能.结果表明,对准偏差对硅芯片的非线性有较大影响;静电键合工艺对硅芯片的零位时漂和热零点漂移影响较小;制作的耐高温压力传感器具有优良的性能指标,能满足实际的工程应用需求.     

面向脑卒中康复的气袋式触觉反馈单元特性研究

针对现阶段气袋式触觉反馈装置难以准确呈现交互效果及同时表征触觉力和触觉面积的问题，开展了气动触觉单元的静态特征和动态特征研究。依据气动触觉单元的几何约束条件建立了静态压力分布模型，类比电路电容放电模型构建了动态压力响应模型。制作了3种规格的气袋触觉单元并进行了特征实验测试，结果表明，静态压力分布模型的拟合触觉面积误差为6.94%,中型气袋(14.4 mm×9.4 mm)及以下规格的气动单元响应时间在0.5 s以内。采用中型气袋搭建了躯干触觉反馈系统，并进行了触觉感知实验，通过调节充气限制高度以表征不同的触觉面积，通过改变气袋气压大小以表征不同的触觉力。实验结果表明，被试者对其产生的触觉面积和触觉力感知识别率分别为87.25%和89.67%。气袋式触觉反馈单元特性研究为触觉反馈装置的设计参数选择提供了依据，可以使脑卒中患者在康复训练中快速感受到触觉面积和触觉力，从而提高患者的康复训练体验。     

基于微机电系统的水下灵巧手触觉力测量传感器

为了实现深水环境下水下灵巧手抓取目标的定位及触觉力感知,设计了阵列式触觉力测量传感器.以硅杯作为力敏感核心,利用胶囊式差压状结构实现了水的静态压力矢量叠加下的触觉力测量,并消除了水的静态压力对触觉力测量的影响.利用弹性力学与板壳理论分析了方形硅杯底部变形与应力的解析解,并与有限元法的分析结果加以对比.结果表明,所设计的灵巧手触觉力测量传感器具有样本抓取的触觉感知及位置感知,其胶囊式差压状结构使得触觉力测量传感器能够消除水的静态压力的影响,硅杯式测量结构具有灵敏度高、误差小、输出应力大的特点.     

压电式谷物质量流量传感器设计及试验

设计了一种新型压电式谷物质量流量传感器,以实现实时动态测量田间谷物产量.应用LS-DYNA显式动力学软件仿真研究了谷粒冲击力敏元件的过程,对力敏元件的材料进行筛选,根据计算结果确定传感器力敏元件的材料为铝合金;建立了压电式谷物质量流量传感器的三维有限元模型,应用ANSYS软件对压电式谷物质量流量传感器进行模态分析,使传...