人工皮肤柔性触觉传感器的设计制备及传感特性研究
发布时间：2020-02-23 04:58
【摘要】：皮肤是人体感知外界环境信息的重要感知器官,人类依靠皮肤产生的触觉感知周围环境中的信息。本文将含液体芯PVDF压电纤维(LPF,Liquid Core PVDF Fiber)埋入到医用硅橡胶中,设计制备了一种人工皮肤柔性触觉传感器(AS,Artificial Skin Flexible Tactile Sensor),对其触觉传感功能进行了理论分析和实验研究,并取得了初步的研究成果。主要的研究内容和研究成果如下:(1)利用自制的拉丝纤维设备,成功的制备出液体芯PVDF纤维,表征了纤维的微观形貌和力学性能,进行了 XRD测试,结果表明,纤维的拉伸倍数越大,其压电性能越强。通过对比实验,说明在同等实验条件下,液体芯PVDF压电纤维的传感信号是金属芯PVDF纤维的1.75倍。(2)将含液体芯PVDF纤维埋入到医用硅橡胶中,设计制备了一种人工皮肤柔性触觉传感器。采用能量法和平均电荷方法,建立了这种触觉传感器的压力传感模型。实验结果表明,这种触觉传感器能够感知多种不同激励方式不同频率的信号,其实验结果表明传感信号和激励信号基本呈线性关系;并能准确的反映出冲击、三角波、正弦波激励的作用过程,实验结果验证了理论模型。(3)基于简支梁振动理论模型,本文研究了触觉传感器的压力传感灵敏度。用压电微动工作台进行灵敏度测试实验。在正弦激励和冲击激励的作用下,传感器的最小响应幅值为300nm,最小响应频率为0.1Hz,共振频率为7Hz;当采用方波作为激励方式时,方波的冲击特性越明显,传感器的输出信号越强。实验结果表明,这种触觉传感器具有优于人体手指的超高灵敏度。(4)将液体芯PVDF纤维阵列埋入到医用硅橡胶中,设计制备出大面积的人工皮肤柔性触觉传感器。在正弦激励作用下,测得传感器在激振频率为16Hz时,对时间响应的灵敏度最高。在冲击激励时,激励点到纤维的距离和传感信号之间,呈近似于正态分布的关系。利用此模型,可以准确判断出冲击激励的幅值大小和冲击点位置点的坐标。通过理论分析和实验研究,表明这种人工皮肤柔性触觉传感器具有制备工艺简单、成本低、灵敏度高等特点。在机器人、康复医疗及航空航天等领域中有着广泛的应用和良好的发展前景。
【图文】：
世界各国的研宄者们都在不断地尝试采用新型材料设计制备柔性触觉例如邋Ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ邋ｆｌｕｏｒｉｄｅ），，英文缩写邋ＰＶＤＦ（聚偏二氟乙q妫郏酰荨ⅲ校模停樱ǎ校铮欤洌椋恚幔睿寰鄱谆柩跬椋郏保矗荨ⅲ停牛停樱郏保担荨⒌嫉缦鸾海薜取５茄绣吵隼吹娜嵝源ザ蓟蚨嗷蛏俣即嬖谝恍┠岩怨タ说奈侍猓缭谌嵝源ゾ醮衅鞯纳杓浦票阜矫妫靖摺⒐ひ崭丛雍土槊舳让挥写锏揭螅诓牧戏矫妫荒芗婢呷崛托院蜕煺剐栽谥票腹ひ丈希薹ń衅鞔竺婊馗阶旁诨魅颂灞淼龋郏玻牵荨Ｎ丝朔庑┪收呙侵铝τ诓煌滦筒牧系目ⅲ沟蒙杓浦票赋隼吹娜嵝源ゾ醮衅魍本弑咐嗥し舻娜崛硇院土榛钚浴⒂ατΡ浜投辔Φ募觳夤δ艿取ｅ义希玻埃保材辏固垢４笱У缙こ滔档模拢澹睿辏幔恚椋铄澹茫耍裕澹宓热松杓屏艘恢挚赏淝源ゾ醮衅鳎郏玻保荨Ｕ庵秩嵝源ゾ醮衅靼沧霸谝桓鋈铝词侥局频幕魅四Ｌ卮衅骱屯淝衅鳎缤迹欤欤ǎ幔┧荆淝衅靼沧霸谥饽诓嗲颍桓龃グ沧霸谑终粕稀７⒐舛埽ㄉ硖搴脱劬η蛑行模┯美茨Ｄ獯剂ρП湫危ū硎臼涑鲂藕牛缤迹欤欤ǎ猓５笔种馔淝保蹋牛腻濉把劬Α绷粒慷人嬷夤亟谇黾印Ｈ缤迹欤欤ǎ悖┧尽ｅ义
本文编号：2582085
【图文】：
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