壓電三軸力觸覺傳感技術研究.pdf

1、本文介紹了國內外觸覺傳感器技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，討論了應用前景極為廣闊但目前還很不成熟的觸覺傳感器技術，并介紹了一些典型的觸覺傳感器的設計方法，分析了它們各自所具有的優(yōu)點和所存在的缺點?；谶@些分析，文中指出三軸力觸覺傳感器是觸覺傳感器發(fā)展的趨勢之一，然而在眾多的觸覺傳感器中，直接檢測三軸力方面仍然沒有令人滿意的解決方案。 針對這個問題，本文提出一種新型的基于壓電原理的三軸力觸覺傳感技術。它具有系統(tǒng)結構簡單，成本低廉，易于微

2、型化，受力元件之間沒有力干涉，容易實現(xiàn)數(shù)字量輸出，抗干擾能力強、靈敏度高等特點。該項目的研究應用前景看好，具有重要的科學意義和實踐意義，因此得到了國家自然科學基金的資助。 文中詳細闡述了這種傳感器的的工作原理和基本結構，并設計了實驗系統(tǒng)。它主要由傳感頭(包括一個四角錐體、一個基座、四片壓電石英晶體)和網絡分析儀等設備組成。當傳感頭受三軸力作用時，根據(jù)力學的分析可以確定三軸力與四角錐體四個面上單向力之間的對應關系，用分別貼在四角錐

3、體四個面上的四片壓電石英晶體作為壓敏元件，由于石英晶體的力頻效應(即石英晶體在受到應力作用時，它的諧振頻率與應力大小成正比)，從而最終確定了四片石英晶體的諧振頻率改變量與傳感頭上所受三軸力大小和方向之間的對應關系。因此，檢測石英晶體諧振頻率的改變量，便可計算出三軸力大小和方向。 本課題制作了這種傳感器，并設計了三軸力的加載裝置對傳感器進行了實驗，結果顯示力的三個分量與四片壓電石英晶體之間有良好的線性關系，驗證了壓電三軸力觸覺傳感