基于力敏导电橡胶的柔性触觉传感器静态特性和动态特性分析

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：刘平签字日期：2010年4月29日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权合肥工业大学可以将学位论文的全

2、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：刘平导师签名：黄英签字日期：2010年4月29日签字日期：2010年4月29日学位论文作者毕业后去向：中国科学技术大学自动化系工作单位：中国科学院合肥智能机械研究所电话：15855133194通讯地址：中国科学院合肥智能机械研究所邮编：2300311致谢非常感谢我的导师黄英教授在研究生期间对我的指导、关心和帮助。在黄老师的悉心指导下，我顺利的完成了研究生的课题研究和论文撰写，同时黄老师在生活上也给予了我极大的帮助和关心。在此

3、衷心地向我尊敬的导师黄英教授致以最真挚的感谢和敬意，感谢老师对我的栽培以及给予的帮助！感谢我的师兄向蓓、明小慧、师姐付秀兰，同学黄钰、董万城、张玉刚，感谢我的师弟赵兴、曹广辉、张武、陆伟等，他们在我的学习和生活中给予了真诚的帮助和鼓励。感谢中国科学院合肥智能机械研究所葛运建研究员在我的课题研究阶段给予的关心和支持，葛老师对课题提出了很多好的建议，在此表示感谢！还有其他863课题组的老师和同学们都在学习上给我很多的启发，同时表示谢意。感谢我的家人，他们多年来对我生活和学习上的理解和帮助，感谢他们的付出，在此向他们表达的深深敬意！最后，感谢百忙之中抽出宝贵时间参加论文评阅

4、的各位专家学者，感谢他们所付出的辛勤劳动。作者：刘平2010年04月1第一章绪论当今全球高新技术发展的重要标志之一就是机器人技术。随着对客观世界探索的逐步深入，作为机器人获取信息必不可少的工具，触觉传感器已经得到广泛的发展。近些年来，触觉传感技术的主要成果有：对新材料制作的传感器性能与原理的研究；物体之间的软接触特性研究；利用触觉传感器的响应特性的互补性，使集成系统能处理在一定范围内的给定任务中的不同接触特征，改善机器人手爪对物体的操作性能；将触觉传感器应用到医疗领域。利用触觉传感器收集的触觉信息，智能机器人不仅可以可靠的抓取目标物体，还可以感知[1-5]目标物体的轻

5、与重、软与硬、形状、温度等一系列物理特性。经过多年的发展，虽然触觉传感技术的研究已经取得了较大进步，但也还存在诸多问题。一方面可用于触觉传感器的新型敏感材料种类较少，近年来基本上没发现有可靠耐用、通用性强的柔性触觉传感器问世，少数的研究成果也大多还停留在实验室阶段，很难进行实际应用和商用化；另一方面，触觉传感器的工作原理方面一直没有明显的进展，虽然各国学者对人类的触觉感知功能及人类皮肤的物理、化学、生物特性有了更深入的了解，但由于人类的触觉能[6]力不是简单的物理过程，其复杂的过程使得人工模仿存在很大难度。1.1国内外研究现状1.1.1触觉传感器触觉传感器是机器人用于

6、获取触觉信息的传感器。触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，研制能满足应用要求的触觉传感器是机器人发展中的关键技术。随着MEMS技术的发展和各种新型复合材料的出现，多种多样的触觉传感器的研制方案被研究学者提出，但目前大都存在于实验研究阶段，很难达到商用化。触觉传感器按功能大致可概括为力觉传感器、接近觉传感器、力矩觉传感器、滑动觉传感器。下面就压觉传感器作简要介绍。压觉传感器是测量接触外界物体时所受压力和压力分布的传感器。它有助于机器人对接触对象的几何形状和硬度的识别。压觉传感器的敏感元件可由各类压敏材料制成，常用的有半导体压敏材料和金属应变片等。在外压力作用下，

7、力敏材料的电阻发生变化，使基底电极电流相应变化，从而检测出与压力成一定关系的电信号及压力分布情况。这种传感器可以测量细微的压力分布及其大小的变化，可称之为人工皮肤。现在，触觉传感器正朝微型化、集成化和智能化等高精尖方向发展。触觉传感器阵列包含许多个触觉传感单元，每个传感单元都可以完整的获取信息。[7]为实现更多的功能，还可以对多个传感器单元进行有机融合。为确保所采集[8-12]的信息对不同形状的物体都适用，触觉传感器就需要具备柔性化。11.1.2检测三维力的柔性触觉传感器近些年来，随着电容、电阻、光波导等技术；导电橡胶、聚偏二氟乙烯、光纤等新材料的发