柔性阵列式声表面波微力传感器的研究

主要研究柔性阵列式声表面波微力传感器,进行两个金属或者非金属物体以及其间若干局部弹性介质接触面(厚度在1~5mm)间接触微压力(0.0~0.2N)的检测,根据基片结构所受应力变化使用有限元分析法进行受力分析,同时设计柔性阵列式传感器基片,确定边界条件,建立其线性回归数学模型并进行曲线拟合。该器件能够在特殊测量环境下满足力敏原件自由弯曲的特性,并且能够在恶劣环境下进行无源无线通信,在测量压力时具有抗干扰能力强、精度高且分辨率高的特性,可广泛应用于接触式测量、无损检测、机器人及生物力学等领域。

径向阵列式柔性支承扭转刚度的分析和计算

径向阵列式柔性支承属于精密弹性元件,能在有限范围精确提供角位移。文章对其最重要的性能指标(扭转刚度)进行了研究,根据力平衡法推导出阵列数为N(N≥2)的扭转刚度计算公式,分析了扭转刚度表达式的构成和物理意义,对比分析了所推导的计算公式和文献计算公式的计算精度和适用性,建立了有效的有限元计算模型,模拟计算结果证明了所推导公式的有效性。研究表明,文章所推导的扭转刚度计算公式对于所有具有矩形截面的径向阵列式柔性支承都适用,且与有限元计算结果的差值稳定在约7%。

阵列式柔性力敏传感器的平衡校准标定方法

阵列式柔性力敏传感器在国家安全、医疗健康、工业制造、人机交互等领域发挥着重要作用,但由于材料和制备工艺等因素,传感器存在误差。针对阵列式柔性力敏传感器的一致性问题和反馈值补偿问题,分析其产生的原因,提出并设计了气压型一体化标定台和相应的平衡校准标定方法。标定台使用气泵作为压力源,通过硅胶膜将压力传导至传感器;平衡校准标定方法首先使用基于Q值检验的离群值处理方法对传感器各敏感点进行平衡,然后引入LMBP算法进行校准。实验表明:R^(2)大于0.997,误差小于2.7%F.S,该标定方法实时性和准确性高,操作简单,具有很好的实用性。

压阻式柔性压力传感器阵列信号采集系统设计

针对触觉传感检测的实际需求,基于STM32单片机,采用分档分压与恒流源相结合的方法设计了一种压阻式柔性压力传感器阵列信号采集系统;基于串口通信技术设计了计算机信号读取与分析系统。设计开发的系统可以实现传感器阵列信号的实时采集、分析和存储,系统稳定性较好。采用标准电阻对研制的信号采集系统进行了性能检验,系统测量阻值与标准阻值的误差在1%以内,表明设计的信号采集系统满足压阻式柔性压力传感器阵列的检测需求。

基于姿态与力测量的手功能自动康复评估方法

脑卒中后约70%的患者存在手部功能障碍,需要长期进行康复治疗。康复评估是制定康复治疗方案的科学依据。现有手功能评定方法需要有经验的医生指导患者完成目标任务,其评分机制具有一定的主观性,而且持续时间较长,整个评估过程不仅费力、复杂,还降低了患者的舒适度。目前仍缺乏准确的手功能自动评估系统,开发客观、定量、可靠的测量设备,实现手功能自动评估在康复医学中具有重要意义。因此,提出一种基于柔性阵列式薄膜压力传感器(Flexible Array Pressure Sensor,FAPS)和RGBD相机的自动Fugl-Meyer手功能评估系统。该系统采用Leap Motion双目视觉传感器跟踪手部/手腕的运动姿态,将FAPS分别附着在5种抓握工具上,记录5种抓握方式下手部的力信息。设计包含教学视频的上位机平台,指导患者康复评估动作。分别提取运动姿态和力信息的特征值,设计基于不同条件的逻辑规则分类方法进行每个动作的评定。进行了初步实验,结果证明该系统可用于手部运动功能的康复评估。

足底压力阵列分析系统的研究与开发

足底压力信息采集在临床医疗、康复训练、运动训练方案制订等领域有着重要参考价值,有助于糖尿病、中风后遗症等疾病的临床医疗诊断、效果评估、人工关节设计、假肢设计和评估体育训练。足底压力阵列分析系统采用阵列式电阻式柔性薄膜压力传感器,基于STM32单片机设计足底压力阵列分析采集电路,蓝牙无线传输信息到上位机。软件平台采用高效可移植性好的HAL库程序开发。应用标定实验和算法计算确保系统可行性、准确性、鲁棒性。