新型柔性三维力温度触觉传感器阵列设计

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1、第31卷第8期增刊仪器仪表学报V01．31No．82010年8月ChineseJournalofScientificInstrumentAug．2010新型柔性三维力／温度触觉传感器阵列设计木陆伟1黄荚1，2(1合肥工业大学电子科学与应用物理学院合肥刘平1赵兴1葛运建2230009；2中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031)摘要：基于炭黑-硅橡胶的表面压阻效应和碳纤维．硅橡胶的温度效应构建了求解三维力及温度的数学模型，设计并制作了一种新型的柔性三维力／温度触觉传感器阵列。实验结果表明，三维力和温度传感器的敏感特性曲线均具有较好的线性，同类传感器各单元问的一致性较好。三维

2、力和温度传感器采用新型的柔性力学敏感和温度敏感材料，凹凸状交替排布组成柔性触觉传感器阵列。该柔性三维力／温度触觉传感器阵列具备同时检测三维力和温度的功能，可应用于机器人手指等部位。关键词：三维力；温度；柔性；触觉传感器阵列Newdesignofaflexibletactilesensorarrayforthree-dimensionalforceandtemperaturemeasurementLuWeilHuangYin91·2LiuPin91ZhaoXin91GeYunjian2(1SchoolofElectronicScience＆AppliedPhysics,Hefe

3、iUnDerMtyofTechnology,Hefei230009，China',2InstituteofIntelligenceMachines，ChineseAcademyofSciences,Hefei230031，China)Abstract：Anewflexibletactilearrayofresistivethree-dimensionalforceandtemperaturesensorsWaSdesignedandfabricated,whichwasbasedonsiliconrubber／carbonblackcompositesurfacepiezor

4、esistiveeffectandsiliconrubber／carbonfibercompositetemperatureeffect,respectively．Themathematicalmodelsofcalculatingthree-dimensionalforceandtemperaturewereconstructed．Theexperimentresultsindicatethatthesensitivecurvesofbotllthree-dimensionalforceandtemperaturesensoraregoodlinear．Three-dime

5、nsionalforcesensorcells’propertiesaresimilartoeachother,temperaturesensorcells’arealso．Usingnewflexibleforce··sensitiveandtemperature-sensitivematerialsrespectively,three··dimensionalforceandtemperatureSensorsareconcave-convexaltemantarrangementinflexibletactilesensorarray．W曲functionsofsimu

6、ltaneousthree-dimensionalforceandtemperaturedetection,thenewflexiblethree-dimensionalforce／temperaturetactilesensorarrayCanbeappliedtosomepartsofrobotsuchasfinger．Keywords：three—dimensionalforce；temperature；flexibility；tactilesensorarray1引言随着智能机器人广泛的应用于人体健康、体育训练、康复医疗、生物等诸多领域，传感器的多功能化成为传感器发展

7、的趋势。Alirezaei等人利用压力敏感导电橡胶研制了应用于机器人关节部位能实现柔性变形的触觉分布式传感St¨。Hidekuni等人利用硅IC的柔性变形技术设计了具有压力、硬度和温度分布敏感的集成式触觉传感器阵列【2l。Daniel等人在柔性聚酰亚胺薄层上设计了金属薄膜·基金项目：国家自然科学基金(No．61072032152式应变／温度传感器阵列p】。Yang等人利用MEMS技术在柔性聚酰亚胺．铜薄膜上设计和制造了集成式触射温度敏感阵列，应用于机器人皮肤【4J。分析国内外研究状况可知，柔性触觉传感器