触觉手指传感器的设计与仿真研究
发布时间：2021-02-25 13:04
近年来视觉等感知领域的产品已逐渐完成商业化并面向大众,与之相比,触觉信息技术的发展还很落后。不过随着遥感操作、虚拟现实和仿生假肢等领域的蓬勃发展,触觉信息技术在将来有着广阔的发展和应用前景。作为触觉接口系统中必不可少的一部分,触觉信息的感知、提取和传递都离不开触觉传感器的参与,触觉传感器的发展也变得尤为重要。本文的主要工作是设计出一种模块化的柔性仿生触觉传感器,并通过仿真的方式对其内部腔体结构进行优化,以及对传感器信号采集电路做测试分析。因此本文首先对触觉感知的生理学机理和目前各种传感器的原理特性进行调研,在此基础上提出了一种新型触觉传感器的设计方式,能够对压力、振动和切向力三种触觉信息分别进行采集。为了确保传感器的精度和性能,需要考虑到柔性外壳结构导致的内部流体流动现象所带来的影响。因此要对传感器内部流场中动水压强的传递过程和损耗因素做具体分析,并借助有限元软件COMSOL Multiphysics对内部流场进行仿真模拟。通过比对和分析传感器内部在不同结构和不同输入条件下的流体场仿真结果,得到影响测量精度的结构因素,从而实现对传感器内部结构的优化设计。在完成了传感器的结构设计之后,对...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FingerTPS手指触觉测量系统
图 1.2 两种新型的触觉传感器产品Fig. 1.2 Two kinds of creative tactile sensor products临的主要问题阶段，对触觉感知系统的研究还很落后，绝大部分触觉表达技术的a 机器人 21 b 多模触觉传感器 BioTac
和电器元件被包含在皮肤中而容易损坏的问题。本文在前人的基础上对其进行大量改进，设计了新型触觉手指传感器的工作原理。图2.4 传感器的结构原理图Fig. 2.4 Structure schematic diagram of sensor由上面的传感器结构原理图可以看出新型的传感器设计方式具有很强的独立性。传感器内填充的液体初步定为 0.0625g/l 的低浓度 NaCl 溶液 (生理盐水浓度的 1/12)。紧紧包裹着前端指尖的橡胶外壳和内部填充的液体一起组成了一个柔性的整体，使传感器具有类似于人手指尖按压变形的特性，并对内部部件起到了很好的保护作用。电极分布在指骨前端表面，所有敏感元件都牢固的嵌入在指骨中，和指骨后端装配的压强检测器一起负责将检测到的物理信息转化为电信号。指骨使用高硬度、抗冲击性强的 ABS 塑料，将传感器的其他部位连接在一起。后端的塑料外壳内装有压强检测器和传感器的信号采集电路，依靠刚性材质的塑料外壳对内部的电路和电子元件进行保护。弹性皮肤和塑料后壳的设计使得没有任何脆弱的电子线路暴露在外部，而皮肤和后壳结构都很容易替换，在遭到破坏或磨损后可以轻松修复。触觉传感器的核心就是通过采集到的压力、振动、位置、温度等触觉信息来得到接触面的物理特征，继而得到可靠的触觉反馈数据来源。本课题所设计的触觉传感器对接触面的检测主要分为两方面。一方面通过使用不可压缩的导电溶液作为介质导体
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL液压节流阀内部流场数值模拟研究[J]. 王海冰,王攀达,李文华,张子耀,李贝贝,刘秀梅. 液压与气动. 2015(08)
[2]基于液压的柔性仿生触觉传感器设计[J]. 邱中一,盛鑫军. 机电一体化. 2014(04)
[3]基于PVDF的欠驱动多指手滑触觉硬件系统[J]. 潘孝业,胡挺,刘凤臣,高大牛. 机电工程. 2012(03)
[4]流体传输中流体阻力和水头损失的计算[J]. 张俊,张晓婷. 流体传动与控制. 2011(04)
[5]触觉传感阵列信号的信息融合处理[J]. 郭兵,秦岚,魏彪. 重庆大学学报. 2010(06)
[6]纹理触觉再现技术的研究现状及发展[J]. 陈旭,宋爱国. 工业仪表与自动化装置. 2006(03)
[7]液体CO2在毛细管中质量流量特性的实验[J]. 严嘉,童明伟,臧仁德. 重庆大学学报(自然科学版). 2005(02)
[8]一种采用光波导的触觉传感器[J]. 李秀娟,许湘剑. 仪器仪表学报. 2002(S1)
[9]机器人触觉传感技术研发的历史现状与趋势[J]. 刘少强,黄惟一,王爱民,宋爱国. 机器人. 2002(04)
博士论文
[1]动态滑阀内低沸点流体输送特性及弯管粘滞汽化数值模拟[D]. 樊安顺.太原理工大学 2015
硕士论文
[1]基于组合振动控制的粗糙度触觉再现研究[D]. 周桃.南京信息工程大学 2017
[2]触觉感认知关键技术及系统[D]. 叶振宇.浙江大学 2016
[3]基于多人体介质的信息交互系统研究与实现[D]. 李万松.北京理工大学 2015
[4]基于新型仿生手指传感器的振动触觉系统设计与机制研究[D]. 邱中一.上海交通大学 2014
[5]用于人工假肢的分布式柔性电容触觉传感器的设计与制造[D]. 戴宇.浙江大学 2014
本文编号：3051012
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FingerTPS手指触觉测量系统
图 1.2 两种新型的触觉传感器产品Fig. 1.2 Two kinds of creative tactile sensor products临的主要问题阶段，对触觉感知系统的研究还很落后，绝大部分触觉表达技术的a 机器人 21 b 多模触觉传感器 BioTac
和电器元件被包含在皮肤中而容易损坏的问题。本文在前人的基础上对其进行大量改进，设计了新型触觉手指传感器的工作原理。图2.4 传感器的结构原理图Fig. 2.4 Structure schematic diagram of sensor由上面的传感器结构原理图可以看出新型的传感器设计方式具有很强的独立性。传感器内填充的液体初步定为 0.0625g/l 的低浓度 NaCl 溶液 (生理盐水浓度的 1/12)。紧紧包裹着前端指尖的橡胶外壳和内部填充的液体一起组成了一个柔性的整体，使传感器具有类似于人手指尖按压变形的特性，并对内部部件起到了很好的保护作用。电极分布在指骨前端表面，所有敏感元件都牢固的嵌入在指骨中，和指骨后端装配的压强检测器一起负责将检测到的物理信息转化为电信号。指骨使用高硬度、抗冲击性强的 ABS 塑料，将传感器的其他部位连接在一起。后端的塑料外壳内装有压强检测器和传感器的信号采集电路，依靠刚性材质的塑料外壳对内部的电路和电子元件进行保护。弹性皮肤和塑料后壳的设计使得没有任何脆弱的电子线路暴露在外部，而皮肤和后壳结构都很容易替换，在遭到破坏或磨损后可以轻松修复。触觉传感器的核心就是通过采集到的压力、振动、位置、温度等触觉信息来得到接触面的物理特征，继而得到可靠的触觉反馈数据来源。本课题所设计的触觉传感器对接触面的检测主要分为两方面。一方面通过使用不可压缩的导电溶液作为介质导体
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL液压节流阀内部流场数值模拟研究[J]. 王海冰,王攀达,李文华,张子耀,李贝贝,刘秀梅. 液压与气动. 2015(08)
[2]基于液压的柔性仿生触觉传感器设计[J]. 邱中一,盛鑫军. 机电一体化. 2014(04)
[3]基于PVDF的欠驱动多指手滑触觉硬件系统[J]. 潘孝业,胡挺,刘凤臣,高大牛. 机电工程. 2012(03)
[4]流体传输中流体阻力和水头损失的计算[J]. 张俊,张晓婷. 流体传动与控制. 2011(04)
[5]触觉传感阵列信号的信息融合处理[J]. 郭兵,秦岚,魏彪. 重庆大学学报. 2010(06)
[6]纹理触觉再现技术的研究现状及发展[J]. 陈旭,宋爱国. 工业仪表与自动化装置. 2006(03)
[7]液体CO2在毛细管中质量流量特性的实验[J]. 严嘉,童明伟,臧仁德. 重庆大学学报(自然科学版). 2005(02)
[8]一种采用光波导的触觉传感器[J]. 李秀娟,许湘剑. 仪器仪表学报. 2002(S1)
[9]机器人触觉传感技术研发的历史现状与趋势[J]. 刘少强,黄惟一,王爱民,宋爱国. 机器人. 2002(04)
博士论文
[1]动态滑阀内低沸点流体输送特性及弯管粘滞汽化数值模拟[D]. 樊安顺.太原理工大学 2015
硕士论文
[1]基于组合振动控制的粗糙度触觉再现研究[D]. 周桃.南京信息工程大学 2017
[2]触觉感认知关键技术及系统[D]. 叶振宇.浙江大学 2016
[3]基于多人体介质的信息交互系统研究与实现[D]. 李万松.北京理工大学 2015
[4]基于新型仿生手指传感器的振动触觉系统设计与机制研究[D]. 邱中一.上海交通大学 2014
[5]用于人工假肢的分布式柔性电容触觉传感器的设计与制造[D]. 戴宇.浙江大学 2014
本文编号：3051012
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3051012.html
