基于磁流變彈性體壓阻效應(yīng)的柔性觸覺傳感器研究.pdf

1、機器人在工業(yè)生產(chǎn)與制造領(lǐng)域、服務(wù)行業(yè)以及日常生活中都扮演著十分重要的角色。機器人的穩(wěn)定控制與安全交互技術(shù)是機器人技術(shù)付諸應(yīng)用的核心問題，該問題的解決依賴于機器人傳感技術(shù)的發(fā)展。柔性觸覺傳感技術(shù)能夠顯著促進機器人的柔順控制，增強人機交互的友好性，因此，柔性觸覺傳感技術(shù)的研究和探索對于機器人領(lǐng)域具有極為重要的實用意義。柔性觸覺傳感器的發(fā)展趨勢是具備類似于人類皮膚的特性與功能，其主要表現(xiàn)在物理特性上具備柔韌性與耐久性，傳感功能上具備多維、多點

2、壓力傳感與溫度、濕度傳感等多參數(shù)傳感功能。磁流變彈性體(magnetor heo lo gica l elastomer, MRE)具有較穩(wěn)定的導電特性與壓阻效應(yīng)，兼具良好的柔韌性等優(yōu)點，且磁致鏈化型 MRE導電特性具備較好的可調(diào)控性。以磁致鏈化型 MRE作為敏感材料的柔性觸覺傳感器的研究在提高機器人技術(shù)實用性方面具有重大的參考價值。
　　本文以觸覺傳感器的設(shè)計與應(yīng)用為目標，首先對 MRE的變形力學行為、導電機理與壓阻特性進行了理

3、論分析與實驗驗證；對柔性觸覺傳感器的工作原理和陣列式敏感結(jié)構(gòu)進行研究，設(shè)計并制備陣列式敏感結(jié)構(gòu)；設(shè)計了柔性觸覺傳感器的測量電路方案與相關(guān)程序算法；最后對柔性觸覺傳感器的陣列敏感結(jié)構(gòu)進行了標定，并對傳感器進行了壓力與定位測試實驗。主要工作具體如下：
　　為確定 MRE的應(yīng)用條件與范圍，對彈性體的力學行為展開分析；對其導電機理進行研究分析，以確定壓阻效應(yīng)較為顯著的填充濃度范圍；結(jié)合其力學特性與導電機理，對其壓阻效應(yīng)進行理論分析，并建立

4、壓阻方程。通過實驗對比分析了均勻型MRE與磁致鏈化型MRE壓阻特性；利用實驗數(shù)據(jù)對壓阻方程進行了擬合，利用實驗數(shù)據(jù)對壓阻方程進行擬合，以驗證壓阻方程的正確性。
　　利用柔性電路板作為陣列式敏感結(jié)構(gòu)的電極，設(shè)計了具有九個敏感單元的陣列傳感結(jié)構(gòu)，并采用行列掃描方式實現(xiàn)對各敏感單元的逐點檢測；針對敏感材料較寬的電阻變化范圍的特點，設(shè)計了串聯(lián)分壓與恒流源混合分級電阻檢測電路；通過實驗對敏感結(jié)構(gòu)進行標定，確定了各敏感單元壓力求解方程，通過實