低密度阵列人工皮肤压触觉研究及设计

发布时间：2019-05-20 02:27

【摘要】：触觉是一种可以判断其它事物形态、结构等特征的感觉,可以对视觉的作用进行补充,对事物的感知很敏感。人工皮肤现在已成为主要的触觉感知结构,也成为了机器人触觉领域的研究热点,其实质是一种柔性化触觉传感器阵列。本文对人工皮肤柔性化压触觉进行了相关研究与设计。提出了几种计算触觉感知压力分布的算法,设计两种柔性化压触觉感知阵列结构并对其进行了理论分析与有限元仿真。制作了压触觉阵列实物,完成了实验测试。最终验证了这些压触觉传感器可实现皮肤外部表面的矢量压力的定量检测及表面定位。主要研究内容如下:1)阅读相关文献,分析当前机器人触觉传感器及机器人人工皮肤的现状,总结了未来机器人人工皮肤发展的趋势及存在不足,结合了多种触觉传感器阵列以及触觉感知算法,提出基于低密度阵列的机器人人工皮肤压触觉方案。2)设计一种三角形压力阵列,并将其封装至聚二甲基硅氧烷(PDMS)中,构成人工皮肤结构单元。提出一种基于该人工皮肤的利用三角形几何关系的正压力分布检测算法,运用弹性力学理论对该人工皮肤进行力学性能分析,并用ANSYS软件对分析结果进行验证,最后通过实验数据测试,验证了该人工皮肤检测正压力分布的可行性。3)为提高上述皮肤正压力定位检测算法的局限性,提出了基于BP神经网络及支持向量机两种不同数学模型的定位算法,分析了上述实验数据特性,并扩充构造出1600组训练及验证样本数据,采用MATLAB构建和训练了 BP神经网络及支持向量机模型,验证了所述算法的可行性。4)综合前面设计的几种算法与实验结果,设计了一种基于手指结构的十字对称压力阵列,从而实现矢量压力的检测,采用类似的弹性力学理论对该结构进行了力学分析,其结果与ANSYS软件仿真一致,在此基础上,给出了一种检测多维力的水平面分力角度的算法,最后制作实物,验证手指压触觉结构的可行性。最后进行了课题的研究总结,分析了研究结果以及存在不足,并提出了改进办法。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242.61;TP212

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本文编号：2481270