面向假肢手抓取中觸滑覺檢測的柔性觸覺傳感陣列研究.pdf

1、本學(xué)位論文結(jié)合國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃，項目編號:2011CB013300)、國家自然科學(xué)基金項目(項目編號:51575485，51105333)和浙江省自然科學(xué)基金項目(項目編號:LY16E050002)，開展了用于假肢手的具有三維力測量和滑移識別功能的柔性觸覺傳感陣列的研究。首先，設(shè)計了一種基于INASTOMER導(dǎo)電橡膠的柔性觸覺傳感陣列，并且詳細闡述了其三維力測試和滑移檢測的工作原理。然后，系統(tǒng)研究了觸覺傳感器陣列的制

2、造工藝。接著，開發(fā)了該柔性觸覺傳感陣列的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括基于DSP F2812的觸覺傳感陣列檢測電路的開發(fā)和基于LabVIEW軟件的數(shù)據(jù)采集上位機程序的編寫。最后，利用觸覺傳感陣列的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進行了傳感陣列的靜態(tài)性能檢測實驗，獲得力分辨率、靈敏度、測力量程、重復(fù)性、非線性、遲滯性等靜態(tài)性能指標(biāo)，完成了觸覺傳感陣列裝載于假肢手的抓取實驗，并利用離散小波變換的方法進行了單元滑移檢測以及傳感陣列抓取過程的滑移檢測。
　　第1章，闡

3、述了本學(xué)術(shù)論文的研究背景和意義，詳細介紹了當(dāng)前國內(nèi)外智能假肢手、柔性觸覺傳感器以及三維力與滑移特征信息處理方法的研究現(xiàn)狀，確定了論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)框架。
　　第2章，設(shè)計了一種基于INASTOMER導(dǎo)電橡膠材料的柔性觸覺傳感陣列。該3×3的觸覺傳感陣列是由柔性電極層、導(dǎo)電橡膠層和表層凸起三層結(jié)構(gòu)組成，并配置有Velcro尼龍搭扣的結(jié)構(gòu)，便于傳感陣列在非規(guī)則曲面上的安裝。此外，詳細闡述了該觸覺傳感陣列的工作原理，包括其單元三維

4、力測試原理和基于離散小波變換理論的滑移檢測原理。
　　第3章，為解決陣列結(jié)構(gòu)掃描檢測引線多的問題，設(shè)計了柔性電極層的行列并行走線方式。基于柔性電路印刷技術(shù)，制造了具有“五電極”結(jié)構(gòu)的柔性電極層。通過鋁制模具制造了導(dǎo)電橡膠層和表層凸起，并對柔性觸覺傳感陣列的整體裝配。
　　第4章，開發(fā)了該柔性觸覺傳感陣列的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計了基于DSP TMS320F2812芯片的觸覺傳感陣列的高速掃描檢測電路，完成了電路原理圖的繪制、電路板

5、的制造和DSP控制程序的編寫，并開發(fā)了基于LabVIEW軟件的數(shù)據(jù)采集上位機程序。
　　第5章，利用觸覺傳感陣列的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開展了觸覺傳感陣列相應(yīng)的靜態(tài)特性、抓取過程以及滑移檢測等實驗研究。靜態(tài)性能實驗結(jié)果表明:研制的柔性觸覺傳感陣列具有0.1N的力分辨率，z-、x-和y-方向的測力量程分別為0～30 N、-5～5 N、-5～5 N，靈敏度分別為0.081 V/N、0.210 V/N、0.247 V/N，精確度分別為3.15％