新型柔性三维力触觉传感器的设计与研究

对柔性三维力触觉传感器进行了研究和设计,详细分析了该器件的基本结构和材料选型,基于实验方式对器件的性能和功能进行了验证分析。根据验证的结果可知,该传感器具备了较高的灵敏度,其中,在x,y轴上可以达到1.8 V/N,而在z轴内则为3.1 V/N,验证该传感器的性能良好。在灵巧手中集成设计的传感器,进一步进行实验验证,结果表明:可以实现对水杯的自适应抓取控制,验证了该传感器的性能,可用于工业机器人设计等领域中。

电容式三维力触觉传感器的设计与解耦研究

机械手抓取过程中,通过触觉信息的感知调整抓握力以实现高效安全的抓取具有重要的应用价值。因此,提出一种电容式指尖三维力触觉传感器,通过多电极设计、信号采集控制系统的搭建,实现三维力的测量,以计算出较为准确的握力,为机械手提供科学的抓取策略。该传感器由四层结构组成:将PDMS材料用作接触层的材料,采用PI(聚酰亚胺)作为电容极板的材料,中间介电层为2%CNTS+PDMS。通过搭建多通道电容系统采集输出电容,以实现三维力的测量。结果表明,该传感器具有灵敏度高、线性度好、重复性较好的优点,x轴方向的灵敏度为7.9589 pF/N,y轴方向的灵敏度为7.0908 pF/N,z轴方向的灵敏度为12.7209 pF/N。此传感器的成功制备,推动了三维力传感器在机器人方面的应用与发展。

三维柔性触觉传感器静态标定方法研究

为了解决三维柔性触觉传感器的静态标定问题,本文对三维柔性触觉传感器标定的特殊性以及采用砝码标定法标定三维触觉传感器时标定装置中的静摩擦力引起的误差进行了分析,提出了基于六维力测量来标定三维触觉传感器的方法,研制了一种基于六维力测量的气浮式标定平台;该平台采用气浮的方法将一个矩形六面体结构的浮板完全浮起,通过测量每组气浮承压腔内的压力来求取作用在浮板上沿X、Y、Z坐标轴方向的外力和绕X、Y、Z坐标轴方向的外力矩;给出了作用在标定平台表面上任意力的大小、方向和作用点坐标的计算公式。实测数据表明,研制的气浮式标定平台性能可满足三维柔性触觉传感器的静态标定要求。

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.

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。

一种柔性三维力触觉传感器阵列的实现方法

介绍了一种可安装在曲面上,对三维力进行检测的柔性三维力触觉传感器阵列的实现方法.首先采用MEMS技术制备三维力触觉传感器阵列,再将多个三维力触觉传感器单元分别通过倒装焊技术集成在已加工好的柔性电路板基底上,实现了传感器与信号处理电路的互连和传感器阵列(4×4)的柔性化.采用信号选通的多路信号采集方法简化了传感器阵列的信号处理电路.测试结果表明,柔性触觉传感器阵列可弯曲变形90°以上,检测三维力的分辨率达到0.1 N.

新型柔性触觉传感器阵列结构设计及仿真研究

基于新型力敏导电橡胶的压阻效应和力信息检测原理,设计了一种三维网状阵列结构的柔性力敏导电橡胶触觉传感器。通过分析得出计算三维力的数学描述,并针对多维柔性触觉传感器的阵列结构进行了有限元仿真研究,获得了在不同的三维力作用下中心节点坐标的三个方向位移变化量,并计算了三维力作用前后力敏导电橡胶阵列单元的输出电阻的变化,为验证实验结果和新型结构设计提供有效的依据。

用于人机交互的柔性三维力触觉传感器

研制了一种应用于人机交互的柔性三维力触觉传感器,将其与仿人灵巧手集成,具有仿人灵巧手实时感知法向力与切向力的能力。该传感器采用了碳纳米管和聚二甲基硅氧烷的纳米复合物作为敏感材料,具有2×2的传感单元,每个单元具有双敏感层堆叠结构。三维力解耦实验结果表明,基于上下敏感层的压阻效应,传感器具有较高的灵敏度,x轴和y轴方向灵敏度在0~0.4 N内均为1.8 V/N,z轴灵敏度在0~3 N内为3.1 V/N。将传感器安装集成在仿人灵巧手的手指上,成功实现了仿人灵巧手的稳定抓握、自适应抓取和传递水瓶,保证了仿人灵巧手在人机交互控制上的安全性。

三维力触觉传感器滑觉识别融合的信息提取分析

设计了一种应用于机器人的软抓取或各类软操作三维力触觉传感器,其包含3部分结构,其中上层由硅橡胶触头组成,中间层是由多个具有凸结构敏感单元构成,底层是柔性电路板。设计了信息提取算法流程,研究得到:在时间序列中包含了许多非常重要的隐藏信息,同时相空间重构成为了一种能够重构时间序列以及准确提取有效信息的方法。采用相空间重构的方法,能够继续维持原始信息的性质,还能够有效表示原始信息的特征。当保持状态与滑动状态都处于τ=4的情况下得到第一个极小值,选择τ=4为最佳延迟时间;在嵌入维度达到9以上时伪近邻率低于5%,将m取值确定为9。