三维柔性触觉传感器的信息提取与分析

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1、中国科学技术大学硕士学位论文三维柔性触觉传感器的信息提取与分析姓名：郝传光申请学位级别：硕士专业：模式识别与智能系统指导教师：葛运建20100501摘要随着机器人技术的进步，智能化越来越成为其发展的方向，而感知则是实现机器人智能的基础。同视觉、听觉一样，触觉是机器人感知外部信息的重要手段，它可以帮助机器人感觉并识别物体，完成多种复杂的任务。目前，对于单维力触觉传感器的研究已经较为成熟，但是单纯对法向力的检测已经很难满足智能机器人对触觉传感器的要求。鉴于多数物体的表面并不是平整的，因此触觉传感器在检测接触物体表面的各项参数时，对切向力的检测是必需的。近年来，人们不断尝试从压电，电容，PVDF

2、，MEMS等技术出发来研究可以检测三维力的触觉传感器。但取得实质性进展的研究成果大都是盔甲式或者组合式的触觉传感器阵列，它们基本上是很难满足服务机器人特别是仿生机器人的实际需求的。本论文创新的开发了一套专门针对一种基于压敏导电橡胶的并且可以“整体注射成型”的新型三维柔性触觉传感器的数据采集与分析系统以及标定平台，该采集系统可以实时高速的对三维柔性触觉传感器的变化信息进行采集，并且可以实时的在PC机上显示信息；新型标定平台对传感器的静态特性进行了标定。本文是在国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目“用于检测三维力的人工皮肤”(编号：2007AA042220)以及国家自然科学基金课题“一

3、种新型柔性三维阵列触觉传感器的研究"(编号：60672024)的资助下完成的。本文的主要内容如下：1、三维柔性触觉传感器采集系统的设计。对三维柔性触觉传感器采集系统的总体框图做了简单介绍，其后对三维柔性触觉传感器的设计、检测原理以及检测中可能存在的串扰问题给予了解决。对三维柔性触觉传感器的功能电路进行了详细的介绍，从器件的选择到最后形成电路都给予了介绍。对固件程序的开发进行了比较完整的介绍，包括开发环境的建立固件程序的具体设计。并且单独对基于USB的通信设计进行了详细介绍。2、基于PC的系统软件设计。由于三维柔性触觉传感器系统应用程序是在WindowsXP环境下开发的，所以对Windows

4、XP环境下的I／O请求处理方式进行了介绍。并对驱动程序进行介绍，主要对WDM驱动程序跟USB驱动程序进行了介绍。对三位柔性触觉传感器采集系统的滤波算法进行了介绍，后面主要介绍了三位柔性触觉传感器采集系统的应用程序设计。摘要3、标定试验台的搭建以及实验结果分析。针对三维柔性触觉传感器系统要进行实时、高速的采集、分析等特点。下位机AD采集和总线通信系统是以C8051F320单片机为核心的硬件进行了设计，上位机主要采用基于USB的PC机的软件系统设计，此系统包括三维柔性触觉传感器信号的采集、分析以及上下位机通信的USB端口的设计。通过实验室自己设计的标定试验台对柔性触觉传感器的静态特性进行了标定

5、。文中详细描述了利用该标定试验台的搭建，以及传感器标定的基本方法与步骤，给出了传感器的标定并提出了对数据进行校验的优化方法，以便于使得数据更接近实际。关键词：三维柔性触觉传感器数据采集数据分析AbstractABSTRACTWitllthedevelopmentofrobottechnology．muchattentionhasbeenattractedtotheresearchontactilesensor．Beingailimportantsensingcapabilityofidealrobots，tactilesensoracquirestheexternalinformation

6、viainteractiontohelprobotstocompleteavarietyofcomplextaskswithaccurateperception．Thetactilesensorusedasarobot’Sskinshouldbeabletoprovidespatiotemporalinformationoncontactbetweenitsbodysurfaceandmanipulatedobject．Especially，itshouldbeabletomeasure3．Dforce．ThetactilesensoralsoneedstobeSOflexiblethat

7、itCanbemountedoncurvedrobot’Ssurface．Recently，differenttypesoftechniqueshavebeenexploredinrealizingthetactilesensorsbasedonMEMS，capacitive，piezoelectricandPVDFtechniques．Mostofsensorsarejustcombinedarrays，whichli