基于磁流變彈性體壓阻效應(yīng)的柔性觸覺(jué)傳感器研究.pdf

1、機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)與制造領(lǐng)域、服務(wù)行業(yè)以及日常生活中都扮演著十分重要的角色。機(jī)器人的穩(wěn)定控制與安全交互技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)付諸應(yīng)用的核心問(wèn)題，該問(wèn)題的解決依賴于機(jī)器人傳感技術(shù)的發(fā)展。柔性觸覺(jué)傳感技術(shù)能夠顯著促進(jìn)機(jī)器人的柔順控制，增強(qiáng)人機(jī)交互的友好性，因此，柔性觸覺(jué)傳感技術(shù)的研究和探索對(duì)于機(jī)器人領(lǐng)域具有極為重要的實(shí)用意義。柔性觸覺(jué)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)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(diǎn)

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(dǎo)電特性與壓阻效應(yīng)，兼具良好的柔韌性等優(yōu)點(diǎn)，且磁致鏈化型 MRE導(dǎo)電特性具備較好的可調(diào)控性。以磁致鏈化型 MRE作為敏感材料的柔性觸覺(jué)傳感器的研究在提高機(jī)器人技術(shù)實(shí)用性方面具有重大的參考價(jià)值。
　　本文以觸覺(jué)傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用為目標(biāo)，首先對(duì) MRE的變形力學(xué)行為、導(dǎo)電機(jī)理與壓阻特性進(jìn)行了理

3、論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；對(duì)柔性觸覺(jué)傳感器的工作原理和陣列式敏感結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并制備陣列式敏感結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)了柔性觸覺(jué)傳感器的測(cè)量電路方案與相關(guān)程序算法；最后對(duì)柔性觸覺(jué)傳感器的陣列敏感結(jié)構(gòu)進(jìn)行了標(biāo)定，并對(duì)傳感器進(jìn)行了壓力與定位測(cè)試實(shí)驗(yàn)。主要工作具體如下：
　　為確定 MRE的應(yīng)用條件與范圍，對(duì)彈性體的力學(xué)行為展開(kāi)分析；對(duì)其導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行研究分析，以確定壓阻效應(yīng)較為顯著的填充濃度范圍；結(jié)合其力學(xué)特性與導(dǎo)電機(jī)理，對(duì)其壓阻效應(yīng)進(jìn)行理論分析，并建立

4、壓阻方程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了均勻型MRE與磁致鏈化型MRE壓阻特性；利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)壓阻方程進(jìn)行了擬合，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)壓阻方程進(jìn)行擬合，以驗(yàn)證壓阻方程的正確性。
　　利用柔性電路板作為陣列式敏感結(jié)構(gòu)的電極，設(shè)計(jì)了具有九個(gè)敏感單元的陣列傳感結(jié)構(gòu)，并采用行列掃描方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各敏感單元的逐點(diǎn)檢測(cè)；針對(duì)敏感材料較寬的電阻變化范圍的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了串聯(lián)分壓與恒流源混合分級(jí)電阻檢測(cè)電路；通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)敏感結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定，確定了各敏感單元壓力求解方程，通過(guò)實(shí)