可穿戴式电子织物仿生皮肤设计与应用研究

为满足电子仿生皮肤的穿戴舒适度，提出了一种电容式柔性织物压力传感器，采用丝网印刷工艺，以织物为柔性基体，炭黑填充型复合弹性电介质和有机硅导电银胶制备柔性压敏触觉单元。介绍了压敏单元的结构设计与感知机理，研究了炭黑含量与温度对织物触觉单元性能的影响，改善了该电子织物的输出线性度与重复性，实现了0—700kPa量程范围迟滞误差为5．6％，动态响应时间为89ms，灵敏度为0．02536％／KPa，同时，引入温度补偿以提升触觉感知准确性。通过将织物压敏单元应用于足底压力信息的时空分布研究和机械手的软抓取实验，其足底压力分布及触觉感知实验结果表明，该电容式柔性织物压力传感器具有良好的工作稳定性与触觉感知功能，为可穿戴式人工皮肤的研究提供了一种设计方案。

一种可感知三维力的新型柔性触觉传感器及滑觉识别算法研究

针对智能机器人在软抓取过程中对三维力感知和滑觉识别的需求,以炭黑/石墨烯为敏感材料,硅橡胶为基体,聚酰亚胺为柔性电极,设计了可以实现三维力感知的柔性触觉传感器;同时设计了一种可以实现滑觉识别的基于小波变换-相空间重构-支持向量机(DWT-PSR-SVM)的融合算法。针对机器人软抓取的实验结果表明,该传感器能够有效地检测三维力,通过所设计融合算法能识别在机器人抓取任务中的滑动状态和非滑动状态,可以进一步应用在机器人软抓取的工作中。

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0-50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。

基于金字塔结构的高灵敏滑触觉传感器研究

为解决机器人皮肤及相关滑触觉传感器研究中存在量程较小、灵敏度较低的问题,提出了一种基于金字塔结构的滑触觉传感器。阐述了三维力检测和滑觉识别的工作原理;研究了滑触觉传感器的制备工艺;分析了在三维力作用下传感单元的电容值变化机理;综合采用改变极板正对面积、间距以及介质层的相对介电常数,以提高传感器在法向和剪切方向上的灵敏度;基于STM32微处理器和AD7147-1的阵列信息采集及处理系统,进行了静态特性试验。设计了用于机器人皮肤的传感阵列,进行了基于Lab VIEW的滑触觉传感器的感知实验,结果表明:滑触觉传感阵列可有效实现在较宽量程范围内灵敏、稳定的感知,可用于电子皮肤上实现三维力检测和滑觉感知的功能。