基于壓力敏感導(dǎo)電橡膠的柔性多維陣列觸覺傳感器研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于智能機(jī)器人，特別是仿生機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人的柔性多維觸覺傳感器的研究越來越重要。由于柔性多維觸覺傳感器具有對任意材質(zhì)和自由曲面的壓力分布測量的功能，因此在體育訓(xùn)練，康復(fù)醫(yī)療，運(yùn)動生物力學(xué)等諸多領(lǐng)域中也具有廣泛的應(yīng)用前景。 本學(xué)位論文選題來源于國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號：60672024)和國家863計(jì)劃項(xiàng)目(編號：2007AA04Z220)。本論文綜合應(yīng)用材料科學(xué)、納米技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能等學(xué)科

2、領(lǐng)域的理論與技術(shù)，針對目前多維陣列觸覺傳感器研究和應(yīng)用中不能兼有柔韌性和測量多維力特征信息等難題，進(jìn)行了傳感器材料、制備工藝、傳感器結(jié)構(gòu)等方面的創(chuàng)新性研究。 主要研究工作及取得的創(chuàng)新性成果如下： 1.深入分析了壓力敏感導(dǎo)電橡膠各種材料成分的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)及相互間的作用機(jī)理，提出了兼顧高柔軟性和高導(dǎo)電性的新的材料配方，研究了經(jīng)濟(jì)可行的直接由液體固化成型的壓力敏感導(dǎo)電橡膠制各新工藝;使制備任意形狀的柔性觸覺傳感器陣列成為

3、可能。 2.應(yīng)用宏觀導(dǎo)電通路理論和微觀隧道電流理論，探討了壓力敏感導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電機(jī)理，深入分析了壓力敏感導(dǎo)電橡膠的非線性滲濾導(dǎo)電現(xiàn)象和影響材料壓阻特性的主要因素。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，獲得了確定最佳炭黑導(dǎo)電填料添加比例的科學(xué)依據(jù)。 3.理論分析了所選納米改性材料粒子的微觀結(jié)構(gòu)及其在聚合物中的物理特性，深入研究了納米改性材料對壓力敏感導(dǎo)電橡膠的作用機(jī)理。首次提出了利用納米材料對壓力敏感導(dǎo)電橡膠進(jìn)行改性從而提高材料性能的新

4、方法。對添加了納米SiO2和納米Al2O3的壓力敏感導(dǎo)電橡膠進(jìn)行了壓阻特性/蠕變特性/溫度特性/抗老化特性等比對標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：納米材料使壓力敏感導(dǎo)電橡膠的多項(xiàng)特性均有了明顯的改善。 4.研制了兩種具有創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)的柔性多維陣列觸覺傳感器，一為基于體壓阻效應(yīng)的整體多層網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)，另一為基于界面壓阻效應(yīng)的單層陣列結(jié)構(gòu)。分別對兩種結(jié)構(gòu)的傳感器進(jìn)行了受力分析，建立了探測三維力信息的數(shù)學(xué)模型。通過實(shí)驗(yàn)，研究和分析了兩種結(jié)構(gòu)傳感器