基于磁流變彈性體壓阻效應的柔性觸覺傳感器研究.pdf

1、機器人在工業(yè)生產(chǎn)與制造領域、服務行業(yè)以及日常生活中都扮演著十分重要的角色。機器人的穩(wěn)定控制與安全交互技術是機器人技術付諸應用的核心問題，該問題的解決依賴于機器人傳感技術的發(fā)展。柔性觸覺傳感技術能夠顯著促進機器人的柔順控制，增強人機交互的友好性，因此，柔性觸覺傳感技術的研究和探索對于機器人領域具有極為重要的實用意義。柔性觸覺傳感器的發(fā)展趨勢是具備類似于人類皮膚的特性與功能，其主要表現(xiàn)在物理特性上具備柔韌性與耐久性，傳感功能上具備多維、多點

2、壓力傳感與溫度、濕度傳感等多參數(shù)傳感功能。磁流變彈性體(magnetor heo lo gica l elastomer, MRE)具有較穩(wěn)定的導電特性與壓阻效應，兼具良好的柔韌性等優(yōu)點，且磁致鏈化型 MRE導電特性具備較好的可調控性。以磁致鏈化型 MRE作為敏感材料的柔性觸覺傳感器的研究在提高機器人技術實用性方面具有重大的參考價值。
　　本文以觸覺傳感器的設計與應用為目標，首先對 MRE的變形力學行為、導電機理與壓阻特性進行了理

3、論分析與實驗驗證；對柔性觸覺傳感器的工作原理和陣列式敏感結構進行研究，設計并制備陣列式敏感結構；設計了柔性觸覺傳感器的測量電路方案與相關程序算法；最后對柔性觸覺傳感器的陣列敏感結構進行了標定，并對傳感器進行了壓力與定位測試實驗。主要工作具體如下：
　　為確定 MRE的應用條件與范圍，對彈性體的力學行為展開分析；對其導電機理進行研究分析，以確定壓阻效應較為顯著的填充濃度范圍；結合其力學特性與導電機理，對其壓阻效應進行理論分析，并建立

4、壓阻方程。通過實驗對比分析了均勻型MRE與磁致鏈化型MRE壓阻特性；利用實驗數(shù)據(jù)對壓阻方程進行了擬合，利用實驗數(shù)據(jù)對壓阻方程進行擬合，以驗證壓阻方程的正確性。
　　利用柔性電路板作為陣列式敏感結構的電極，設計了具有九個敏感單元的陣列傳感結構，并采用行列掃描方式實現(xiàn)對各敏感單元的逐點檢測；針對敏感材料較寬的電阻變化范圍的特點，設計了串聯(lián)分壓與恒流源混合分級電阻檢測電路；通過實驗對敏感結構進行標定，確定了各敏感單元壓力求解方程，通過實