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Flexible Tactile Electronic Skin Sensor with 3D Force Detection Based on Porous CNTs/PDMS Nanocomposites 被引量:17
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作者 Xuguang Sun Jianhai Sun +9 位作者 Tong Li Shuaikang Zheng Chunkai Wang Wenshuo Tan Jingong Zhang Chang Liu Tianjun Ma Zhimei Qi Chunxiu Liu Ning Xue 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第4期35-48,共14页
Flexible tactile sensors have broad applications in human physiological monitoring,robotic operation and human-machine interaction.However,the research of wearable and flexible tactile sensors with high sensitivity,wi... Flexible tactile sensors have broad applications in human physiological monitoring,robotic operation and human-machine interaction.However,the research of wearable and flexible tactile sensors with high sensitivity,wide sensing range and ability to detect three-dimensional(3D)force is still very challenging.Herein,a flexible tactile electronic skin sensor based on carbon nanotubes(CNTs)/polydimethylsiloxane(PDMS)nanocomposites is presented for 3D contact force detection.The 3D forces were acquired from combination of four specially designed cells in a sensing element.Contributed from the double-sided rough porous structure and specific surface morphology of nanocomposites,the piezoresistive sensor possesses high sensitivity of 12.1 kPa?1 within the range of 600 Pa and 0.68 kPa?1 in the regime exceeding 1 kPa for normal pressure,as well as 59.9 N?1 in the scope of<0.05 N and>2.3 N?1 in the region of<0.6 N for tangential force with ultra-low response time of 3.1 ms.In addition,multi-functional detection in human body monitoring was employed with single sensing cell and the sensor array was integrated into a robotic arm for objects grasping control,indicating the capacities in intelligent robot applications. 展开更多
关键词 flexible tactile sensors ELECTRONIC SKIN Piezoresistive sensors CNTs/PDMS NANOCOMPOSITES 3D force detection
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3D Printing of Liquid Metal Based Tactile Sensor for Simultaneously Sensing of Temperature and Forces 被引量:1
2
作者 Yancheng Wang Jie Jin +1 位作者 Yingtong Lu Deqing Mei 《International Journal of Smart and Nano Materials》 SCIE EI 2021年第3期269-285,共17页
Tactile sensors have been used for haptic perception in intelligent robotics,smart prosthetics,and human-machine interface.The development of multifunctional tactile sensor remains a challenge and limit its applicatio... Tactile sensors have been used for haptic perception in intelligent robotics,smart prosthetics,and human-machine interface.The development of multifunctional tactile sensor remains a challenge and limit its application in flexible electronics and devices.We propose a liquid metal based tactile sensor for both temperature and force sensing which is made by 3D printing.The structural design and working principle of liquid metal based tactile sensor are firstly described.A digital light processing-based printing process is developed to print two kinds of photosensitive resins with different hardness,and used to fabricate the tactile sensor.A Wheatstone bridge circuit is designed for decoupling the temperature and forces from the measured output voltages.Characterization tests show that the tactile sensor has relatively high force sensing sensitivity of 0.29 N^(-1),and temperature sensing sensitivities are 0.55%°C−1 at 20~50°C and 0.21%°C^(−1)at 50~80°C,respectively.Then,the fabricated tactile sensor is mounted onto hand finger to measure the contact force and temperature during grasping.Results show that the 3D printed tactile sensor has excellent flexibility and durability and can accurately measure the temperature and contact forces,which demonstrate its potential in robotic manipulation applications. 展开更多
关键词 flexible tactile sensor 3D printing liquid metal contact force TEMPERATURE GRASPING
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光纤Bragg光栅力觉传感器在健康医疗领域的应用 被引量:1
3
作者 李红豪 龙建勇 +1 位作者 成乐凯 梁桥康 《测控技术》 2023年第4期9-21,共13页
在微创手术等现代医疗过程中普遍存在力触觉反馈缺失、健康体征监测系统有待完善和提升等问题,使得力触觉感知成为了机器人领域中热门的研究方向。传统的电学类传感器存在明显的体积大和生物相容性差等问题,难以直接应用于微创手术等场... 在微创手术等现代医疗过程中普遍存在力触觉反馈缺失、健康体征监测系统有待完善和提升等问题,使得力触觉感知成为了机器人领域中热门的研究方向。传统的电学类传感器存在明显的体积大和生物相容性差等问题,难以直接应用于微创手术等场景。光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术因其抗电磁干扰能力强、生物相容性高、宽带宽和尺寸小等特点,正被广泛应用于健康医疗领域。主要介绍了FBG力觉传感器的工作原理及其传感特性,详细叙述了国内外基于FBG的力触觉传感器在健康医疗方面的研究现状和应用情况,并展望了光纤光栅式力觉传感技术在健康医疗领域的发展趋势。 展开更多
关键词 机器人传感器 光纤BRAGG光栅 力触觉传感 生命体征检测 分布式柔性传感器
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新型柔性三维力触觉传感器的设计与研究
4
作者 秦冲 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第10期99-102,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 柔性三维力触觉传感器 纳米复合物 触觉感知 人机交互 仿人灵巧手 自适应抓取
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一种新型机器人三维力柔性触觉传感器的设计 被引量:18
5
作者 黄英 明小慧 +2 位作者 向蓓 仇怀利 葛运建 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1695-1699,共5页
基于柔性力敏导电橡胶材料,设计了一种能测量三维力的新型机器人柔性触觉传感器。研究了力敏导电橡胶材料的压阻效应,阐述了触觉传感器的设计思想,分别进行了触觉传感器单元设计和阵列结构设计和研究。获得了计算三维力的数学模型,并通... 基于柔性力敏导电橡胶材料,设计了一种能测量三维力的新型机器人柔性触觉传感器。研究了力敏导电橡胶材料的压阻效应,阐述了触觉传感器的设计思想,分别进行了触觉传感器单元设计和阵列结构设计和研究。获得了计算三维力的数学模型,并通过实验进行了三维力的验证。结果表明,设计的机器人三维力柔性触觉传感器具有设计简单,造价低廉,柔顺性好等优点,而且布置成阵列结构可用于医疗、体育、机器人等领域中检测三维力信息。 展开更多
关键词 触觉传感器 导电橡胶 柔性 三维力
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基于新型导电橡胶的三维力柔性阵列触觉传感器研究 被引量:10
6
作者 徐菲 葛运建 +2 位作者 双丰 丁俊香 李珊红 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1350-1356,共7页
针对目前多维阵列触觉传感器不能兼有柔韧性和测量多维力特征信息等难题,研究了一种基于导电橡胶的新型柔性三维力触觉传感器,通过检测橡胶的电阻变化来分析受力信息。该传感器的敏感单元采用"整体液体成型"的方法制作而成,... 针对目前多维阵列触觉传感器不能兼有柔韧性和测量多维力特征信息等难题,研究了一种基于导电橡胶的新型柔性三维力触觉传感器,通过检测橡胶的电阻变化来分析受力信息。该传感器的敏感单元采用"整体液体成型"的方法制作而成,操作简便,有利于触觉传感器的产品化。介绍了该传感器的基本结构及其工作原理,并对三维力的检测进行了仿真研究,结果表明该传感器能够实现对三维力信息的检测。 展开更多
关键词 触觉传感器 柔性 三维力 导电橡胶 力敏特性
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三维柔性触觉传感器静态标定方法研究 被引量:11
7
作者 黄斌 余晓芬 +2 位作者 黄英 黄海阳 王标 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2003-2009,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 三维柔性触觉传感器 标定平台 六维力测量
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柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统 被引量:3
8
作者 郭小辉 黄英 +2 位作者 解志诚 毛磊东 江宜舟 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2613-2619,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 柔性触觉传感器阵列 标定系统 信号处理 触觉力 误差分析
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一种简单的电容式三维力柔性触觉传感器设计 被引量:2
9
作者 张淑艳 张金红 赵立蕊 《电子器件》 CAS 北大核心 2018年第1期95-99,共5页
随着机器人智能化程度不断提高,机器触觉和机器视觉技术均得到了很大发展,但是目前大部分触觉传感器均不能满足触觉感知应用的要求。因此,提出了一种新型的具有滑觉检测功能的柔性三维力触觉传感器。该传感器能够将力量变化转化为两绝... 随着机器人智能化程度不断提高,机器触觉和机器视觉技术均得到了很大发展,但是目前大部分触觉传感器均不能满足触觉感知应用的要求。因此,提出了一种新型的具有滑觉检测功能的柔性三维力触觉传感器。该传感器能够将力量变化转化为两绝缘层间的气隙变化,进而引起电容发生变化。然后将接触力建模为实测电容的多项式函数,对传感器输出进行校正进而实现法向力测量和滑动检测。测试结果显示,提出的传感器能够以较高的精确度测量法向力,重复性好,并且能够检测滑动现象,在0~100 mN测量范围内的法向灵敏度约为0.4 pF/N,均方根误差为1%。此外提出的传感器结构简单、成本较低,易于大规模生产和应用。 展开更多
关键词 机器人 触觉传感器 柔性 电容传感器 滑觉检测 力值测量
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基于力敏导电橡胶的新型三维力柔性触觉传感器仿真研究 被引量:6
10
作者 徐菲 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期359-364,共6页
针对目前触觉传感器研究中不能兼有柔韧性和多维力测量等难题,设计了一种基于力敏导电橡胶的具有整体两层非对称网状式结构的触觉传感器,通过检测导电橡胶的电阻值变化来分析三维力信息。本文介绍了该传感器的基本结构,并基于理想力敏... 针对目前触觉传感器研究中不能兼有柔韧性和多维力测量等难题,设计了一种基于力敏导电橡胶的具有整体两层非对称网状式结构的触觉传感器,通过检测导电橡胶的电阻值变化来分析三维力信息。本文介绍了该传感器的基本结构,并基于理想力敏导电橡胶的力学特性建立了三维力并行测量的数学模型,通过对该模型的求解解决了三维力及各受力点之间复杂的耦合问题。仿真实验结果表明该传感器能够实现对表面任意单点三维力、多点三维力以及三维面力信息的测量。 展开更多
关键词 触觉传感器 柔性 三维力 力敏导电橡胶
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一种柔性三维力触觉传感器阵列的实现方法 被引量:5
11
作者 张正勇 孔德义 +5 位作者 梅涛 单建华 倪林 孙磊 吕晓庆 孟庆虎 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第11期2382-2385,共4页
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... 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. 展开更多
关键词 MEMS技术 柔性三维力触觉传感器阵列 倒装焊技术 多路信号选通
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用于人机交互的柔性三维力触觉传感器 被引量:1
12
作者 孟星佑 李寒阳 +3 位作者 孙雨阳 刘会聪 王凤霞 孙立宁 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2021年第12期1083-1087,1099,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 柔性三维力触觉传感器 纳米复合物 触觉感知 人机交互 仿人灵巧手 自适应抓取
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新型三维柔性触觉阵列传感器标定系统与方法研究 被引量:1
13
作者 巨涛 葛运建 +3 位作者 双丰 徐菲 丁俊香 黄英 《仪表技术》 2011年第1期49-51,53,共4页
介绍一套新型三维柔性触觉阵列传感器标定系统,该系统可用于柔性压敏材料的标定。该系统分别采用求解标定矩阵和BP人工神经网络的方法完成传感器标定,进行误差分析并比较其优缺点。该系统的设计简化了对柔性阵列单元进行标定的程序,达... 介绍一套新型三维柔性触觉阵列传感器标定系统,该系统可用于柔性压敏材料的标定。该系统分别采用求解标定矩阵和BP人工神经网络的方法完成传感器标定,进行误差分析并比较其优缺点。该系统的设计简化了对柔性阵列单元进行标定的程序,达到了预期的目的。 展开更多
关键词 标定系统 三维力 数据采集 柔性触觉传感器
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三维力柔性触觉传感器设计 被引量:3
14
作者 明小慧 黄英 +1 位作者 向蓓 葛运建 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第S1期137-141,共5页
对力敏导电橡胶的压阻特性进行了分析和实验验证,得到了传感器单元三维力信息获取的数学模型,并进行了传感器阵列结构和信号处理电路的设计;通过实验对三维力触觉传感器单元进行了验证,并分析了实验结果.实验结果表明,基于力敏导电橡胶... 对力敏导电橡胶的压阻特性进行了分析和实验验证,得到了传感器单元三维力信息获取的数学模型,并进行了传感器阵列结构和信号处理电路的设计;通过实验对三维力触觉传感器单元进行了验证,并分析了实验结果.实验结果表明,基于力敏导电橡胶的柔性三维力触觉传感器符合设计要求,为进一步研究三维力柔性传感器提供了一种新思路. 展开更多
关键词 传感器 导电材料 柔性结构 三维力 触觉
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柔性触觉传感器的研制 被引量:2
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作者 张国立 侯振德 +1 位作者 屈川 富东慧 《实验力学》 CSCD 北大核心 2019年第2期231-239,共9页
本文研制了一种柔性电容式触觉传感器,用来实现对法向力与切向力的测量。该传感器采用超弹性柔性电极,与传统金属电极相比具有更高的灵敏度与柔韧性。传感器采取了上下两层的四电容结构,从而对三个方向的力有不同的灵敏度,并通过对外力... 本文研制了一种柔性电容式触觉传感器,用来实现对法向力与切向力的测量。该传感器采用超弹性柔性电极,与传统金属电极相比具有更高的灵敏度与柔韧性。传感器采取了上下两层的四电容结构,从而对三个方向的力有不同的灵敏度,并通过对外力作用所引起的四个电容值变化进行组合运算实现对外力的检测。通过一系列实验测试了传感器的输出特性,实验结果表明传感器可以实现对法向力与切向力的测量。其中,x,y,z三个方向力的灵敏度分别可以达到2.356pf/N、2.122pf/N和0.243pf/N。此外,通过对传感器的拉伸测试表明,所研制的柔性电极传感器可以承受大于25%的拉伸率而不被损坏,而普通金属电极传感器则最大只能承受3.13%的拉伸率。 展开更多
关键词 柔性触觉传感器 超弹性材料 电容 法向力 切向力 传感器阵列
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一种阻容串联式柔性力传感器 被引量:1
16
作者 吕文佳 侯振德 +2 位作者 屈川 富东慧 徐莲云 《实验力学》 CSCD 北大核心 2020年第5期803-810,共8页
本文研制了一种柔性电容电阻串联式力传感器,用来实现提高柔性力传感器测量精确度和增大测量灵敏度的目的。该传感器利用电容电阻串联电路特点,提出了一种双电容串联电阻的传感器结构方案。传感器两侧为电容结构,两电容之间是一导电橡... 本文研制了一种柔性电容电阻串联式力传感器,用来实现提高柔性力传感器测量精确度和增大测量灵敏度的目的。该传感器利用电容电阻串联电路特点,提出了一种双电容串联电阻的传感器结构方案。传感器两侧为电容结构,两电容之间是一导电橡胶弹性层,电学上起电阻的作用。相当于两电容之间串联一个电阻,外力作用时导电橡胶电阻的变化与两电容的变化共同构成最终输出电容值的变化。理论和实验都证明该方法有助于提高传感器的测量灵敏度。通过一系列实验测试了传感器的输出特性,实验结果证明传感器输出电容平均灵敏度由未串联导电橡胶时的0.03pf/N提高到串联后的0.55pf/N。此外,相较于直接测量电阻变化,测量电容输出的相对误差更小,输出信号稳定时间缩短。 展开更多
关键词 柔性力传感器 阻容串联 测量误差 测量灵敏度
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