基于压电薄膜的多功能触觉信号检测系统研究

发布时间：2017-11-24 07:33

  本文关键词：基于压电薄膜的多功能触觉信号检测系统研究

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【摘要】：触觉可以获得物体表面的一些物理特征,包括硬度、形貌、纹理、材质、冷热情况等,随着仿生学的发展,触觉传感器在机器人仿生、医疗器械、体育训练、人体工程学等领域获得了广泛的应用。可同时检测多个物理量的多功能触觉传感器是现今触觉传感技术的研究热点。从实用性角度出发,触觉传感器应具有灵敏度高、稳定性好、噪声小等优点,除传感器本身的材料和结构外,信号检测系统是传感器性能的重要保证。所以,本文提出基于压电薄膜的多功能触觉信号检测系统,可稳定、准确的检测触觉、滑觉和热觉信号。检测系统传感器探头的设计以仿生学为基础,建立了传感器结构模型,制作了凸点型指纹传感器:PVDF薄膜作为该传感器敏感元,它具有柔韧性好、机械强度大、耐腐蚀耐冲击、易于加工的优点;用橡胶层作为基底,具有易弯曲的优点,能传递触觉、滑觉和热觉信息;用铜箔作为凸点型结构层,具有弹性大、柔韧性强、导电性好等优点。传感器接触物体后,采集到电信号,信号经过集成后的信号调理电路放大、滤波、抬升,经单片机进行A/D转换,然后经串口将数据传到上位机,通过上位机软件对数据作进一步处理。传感器的结构选择实验表明,凸点型指纹传感器的灵敏度是平面型传感器的2.067倍,是普通指纹传感器的1.156倍。AYSYS仿真实验验证了传感器的压电性和热电性;系统总体性能测试中,Lab VIEW显示面板可以成功地判断出传感器采集到的信号类型(触觉、滑觉和热觉)和输出电压值大小,证明该系统具有多功能性;触滑觉信号检测实验部分验证了该多功能触觉信号检测系统可以检测接触物体的纹理特征;并进行20次重复性实验,系统检测的正确率高达94%,表明系统稳定性好;热觉信号检测实验部分验证了该系统可以检测传感器表面的热感变化,推断接触材料的热导率大小;该研究对以后智能机器人和智能假肢的发展提供了新的技术支持。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212

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本文编号：1221502