基于力敏导电橡胶的新型三维力柔性触觉传感器仿真研究.pdf

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1、第25卷第3期传感技术学报V01．25No．3CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．20122012年3月SimulationResearchofANovelThree．DimensionalForceFlexibleTactileSensorBasedonForce．SensitiveConductiveRubberxUFei(KunmingShipborneEquipmentResearchandTestCenter，Kunming650051，China

2、)Abstract：ADovelthree—dimensionalforceflexibletactilesensorbasedonconductiverubberiSpresented．Thesensorhasgoodflexibilityandcanbeusedtomeasurethree—dimensionalforce．Theappliedforceinformationcanbeobtainedthroughdetectingtheresistanceoftheconductiverubb

3、er．Inthispaper，wedescribethesensor’Sstructure，andestablishathree．dimensionalforoeparalleldetectionmathematicalmodelbasedontheforee．sensitiveconductiverubber’Sidealmechanicscharacteristics．Basedonthismode1．thesensorcandetectthe3．Dforceinformationapplied

4、Oilanypoint，multi—pointaswellassensor’Ssurface．Keywords：tactilesensor；flexible；three—dimensionalforce；force-sensitiveconductiverubberEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2012．03．016基于力敏导电橡胶的新型三维力柔性触觉传感器仿真研究徐菲(昆明船舶设备研究试验中心，昆明650051)摘要：针对目前触觉传感器研究中不能兼有

5、柔韧性和多维力测量等难题，设计了一种基于力敏导电橡胶的具有整体两层非对称网状式结构的触觉传感器，通过检测导电橡胶的电阻值变化来分析三维力信息。本文介绍了该传感器的基本结构，并基于理想力敏导电橡胶的力学特性建立了三维力并行测量的数学模型，通过对该模型的求解解决了三维力及各受力点之间复杂的耦合问题。仿真实验结果表明该传感器能够实现对表面任意单点三维力、多点三维力以及三维面力信息的测量。关键词：触觉传感器；柔性；三维力：力敏导电橡胶中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1004—1699(20

6、12)03—0359—06柔性多维触觉传感器的研究对于未来智能机器新思路。但是，该传感器三维力模型的建立过程中人的发展而言是非常重要的⋯。所谓的“柔性多维”忽略了大部分的电阻信息，与实际情况有一定差距，是指触觉传感器从物理特性上具有类似于人类皮肤特别是当传感器节点规模较大或者节点形变不是很一样的柔性，可以覆盖在任意的载体表面测量多维力大的情况下，不能满足传感器的实际应用需求；此信息．从而感知目标对象的性质特征。分析国内外的外，为了简化建模的复杂度，实际上将传感器作了单研究现状可以看出，已有的柔性多维

7、力触觉传感器或元性分割，增大了传感器的尺寸，降低了分辨率，同者依赖柔性材料进行力的传递2]，或者依靠柔性的组时也使得传感器的框架搭建实现起来更为复杂。织结构组合而成_3]。这使得触觉传感器在真正的为了解决以上问题，本文在文献[7]的基础上，“类皮肤”和多维力连续大面积测量方面受到一定的对传感器的结构及力学模型等进行了改进研究，简限制。同时，大多数采用柔性力敏材料制作而成的传化了结构框架，并且基于理想力敏导电橡胶的力学感器则局限于单维压力的测量]，无法满足智能机特性建立了三维力并行测量的数学模型，解决

8、了传器人特别是仿生机器人的需求感器存在的复杂耦合问题，实现了对传感器表面任作者曾基于新型导电橡胶设计了一种可“整体意单点三维力、多点三维力以及三维面力信息的测液体成型”的新型触觉传感器】，介绍了传感器的量，扩展了触觉传感器可检测三维力信息量的规模．结构及测力原理。为触觉传感器的设计提供了一种能够进一步满足服务机器人及仿生机器人对触觉传项目来源：国家自然科学基金项目(60672024，61072032)；国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2007AA04Z220