用于人工假肢的分布式柔性電容觸覺傳感器的設(shè)計(jì)與制造.pdf

1、本學(xué)位論文結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）“人體運(yùn)動(dòng)功能重建的生機(jī)電一體化科學(xué)基礎(chǔ)”（項(xiàng)目編號(hào):2011CB013300）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“仿生皮膚的柔性觸覺敏感構(gòu)件與微接觸印刷制造方法研究”（項(xiàng)目編號(hào):51105333），開展了用于人工假肢的分布式柔性電容觸覺傳感器設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的研究。首先，對(duì)分布式柔性電容觸覺傳感器進(jìn)行材料選取和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行有限元仿真分析和優(yōu)化。然后，完成了觸覺傳感器的加工制造，并進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)性

2、能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，開展了電刺激反饋實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)人工假肢的觸覺反饋功能。最后，開發(fā)了觸覺傳感器多點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)制造了改進(jìn)型分布式柔性電容觸覺傳感器，利用檢測(cè)系統(tǒng)完成了改進(jìn)型觸覺傳感器的實(shí)驗(yàn)研究。
　　第一章，闡述了論文研究的背景和意義，詳細(xì)介紹了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外人工假肢和柔性觸覺傳感器的研究現(xiàn)狀，確定了論文的主要研究?jī)?nèi)容和框架。
　　第二章，設(shè)計(jì)了一種基于PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）和PDMS（聚二甲基硅氧烷）的分布式柔性電容觸

3、覺傳感器，它由表面凸起層、上極板層和下極板層組成;單軸實(shí)驗(yàn)獲得了不同質(zhì)量比PDMS的非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系以及小變形下的楊氏模量;使用COMSOL軟件對(duì)傳感器進(jìn)行機(jī)電耦合場(chǎng)有限元仿真，并對(duì)線條結(jié)構(gòu)介電層進(jìn)行分析討論。
　　第三章，在PET膜上利用剝離工藝形成Cu電極圖案，旋轉(zhuǎn)涂覆一層15μm厚度的20∶1PDMS，完成了上下極板層的制造;基于線切割的Al模具，進(jìn)行兩次復(fù)制模鑄，得到7.5∶1的PDMS表面凸起層;通過氧等離子體處理粘

4、結(jié)表面，對(duì)準(zhǔn)粘結(jié)三層結(jié)構(gòu)，制作的分布式柔性電容觸覺傳感器色澤明亮，彎曲性能優(yōu)良。
　　第四章，實(shí)驗(yàn)獲得了傳感器的靜態(tài)特性，在0-200mN測(cè)量范圍內(nèi)的靈敏度為0.55‰/mN，300-800mN的靈敏度為0.025‰/mN;通過循環(huán)加載和卸載實(shí)驗(yàn)，測(cè)得傳感器的加載響應(yīng)時(shí)間為60ms左右;搭建了包括肌電假肢、觸覺傳感器、運(yùn)算放大式電路、電刺激器的觸覺信號(hào)反饋實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了假肢的觸覺反饋功能。
　　第五章，設(shè)計(jì)了掃描電路式的觸

5、覺傳感器多點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)，完成了電路原理圖的繪制，制作了電路板，并結(jié)合單片機(jī)的程序流程圖完成了程序的編寫。
　　第六章，設(shè)計(jì)制造了改進(jìn)型分布式柔性電容觸覺傳感器，其空間分辨率達(dá)到了2mm，介電層為PDMS線條結(jié)構(gòu);進(jìn)行了改進(jìn)型傳感器的靜動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳感器具有雙測(cè)量范圍，高靈敏度，可感知輕微力，并具有高重復(fù)性，低遲滯性，響應(yīng)時(shí)間小于60ms;對(duì)不同形狀的試塊進(jìn)行靜壓力實(shí)驗(yàn)，得到了壓力形狀和壓力值的云圖;實(shí)驗(yàn)研究了肌電