一、基于PVDF压电膜的三向力触角传感头研究(论文文献综述)
石晓晓[1](2021)在《基于视觉的感知三维力高密度触觉传感器研究》文中认为
刘丽双[2](2021)在《压电薄膜触觉传感器的多信息识别研究》文中研究表明触觉是人与外界物体直接接触时获取物体属性信息的一种感知能力,触觉传感器可以提供接触物体的属性信息,可以辅助机器人精准区分不同物体。目前,触觉信号检测系统广泛应用于人造皮肤和力触觉交互等触觉感知领域。然而,在实时获取物体属性信息,物体多信息识别方面,仍然有很多需要改进的地方。新型聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器具有高柔韧性、高灵敏度、结构稳定等优点,而且具有压电和热释电特性,是仿生触觉检测系统的理想元件,本文基于压电薄膜设计了灵敏度高、易于集成的多信息触觉识别系统,能够识别物体的软硬、粘弹性、热导率、粗糙度等属性信息。首先,本文总结了触觉传感器的发展现状,提出了一种基于PVDF压电薄膜触觉传感器的多信息识别系统。PVDF压电薄膜具有很高的灵敏度,能够识别微弱信号,可以作为触觉传感器的敏感单元。本文基于人手指皮肤仿生学的原理,实现了双凸点多层PVDF压电薄膜触觉传感器的结构设计。因为信号传输过程中存在阻抗匹配、噪声干扰和单片机只能识别正值信号等问题,在信号采集完成后,需要对数据进行处理。为了处理采集的信号,设计了电荷放大、低通滤波、电压抬升等信号调理电路。然后,进行了传感器对比测试实验,证明本文提出的双凸点多层PVDF压电薄膜触觉传感器的灵敏度比双凸点单层和双层PVDF压电薄膜触觉传感器的灵敏度高。使用类人手机械手敲击、触碰物体,获取物体柔软度、粘弹性及导热率等属性信息,利用信号的时域特征能够初步判断物体的软硬程度、粘弹程度以及导热情况。最后,本文基于PSO-BP算法进行了粗糙度识别实验。使用主成分分析(PCA)算法,减少数据量维数。在保证不丢失原始样本中最重要的信息的前提下,选取了几个独立的属性特征,对不同粗糙度样品进行识别,这不仅保证了算法的准确性,而且提高了算法的效率,缩短了算法的运行时间。运用PSO算法,改良BP神经网络,使优化后的BP算法收敛精度更高。结果表明,PSO-BP算法对不同粗糙度样品识别的最高准确率达到98%,平均识别准确率达到94%。本文研究了压电薄膜触觉传感器的多信息识别,为仿生机器人感知外界环境、识别物体触觉信息等方面的未来研究提供参考与借鉴,在智能机器人和假肢应用等方面具有良好的应用发展前景。
缪一辉[3](2020)在《柔性三维力传感器的研究及其在手写识别中的应用》文中研究指明柔性压力传感器是一种用于感知物体表面作用力的柔性电子器件。该类传感器具有良好的柔韧性,可以贴附在不规则的物体表面进行压力检测。同时,传感器质量轻、便于携带,而且能够快速地恢复弹性形变,响应速度快。因此,柔性压力传感器件在医疗健康、机器人应用、生物力学等领域有着极为广泛的应用前景。特别是智能机器人、人造电子皮肤等领域的快速发展,对传感器提出了更高的要求,即传感器需要具备柔韧性,还需具备对空间三维力的检测能力。因此,柔性三维力传感器的研究具有十分重要的意义。柔性三维力传感器可以将空间内三维力转换为传感器内部参数变化,并通过解析公式得到x、y、z三个方向的力分量。按照工作原理的不同,柔性三维力传感器可分为4种类型:电容式、压阻式、压电式和电磁式。本文研究了一种新型柔性电容式三维力传感器,该传感器由4个相同的电容器单元组成。我们结合传感器的对称性和电容定义式,解析获得垂直方向的正压力和水平方向的切向力。通过实验,我们对传感器的三维力灵敏度、迟滞性、重复性、响应时间等性能进行了分析。此外,本论文通过建立快速电容阵列的测量系统,以及基于Matlab中GUI界面的软件系统,实现了柔性三维力传感器在手写识别中的应用。在实验中,我们将快速测量电容阵列系统制作成PCB板。该系统先通过选通电路依次将传感器的4个电容器接入电容-电压转换电路,即把传感器的4个电容值转化为电信号,再通过峰值检波电路将交流信号转化为直流信号,然后利用AD采集电路将模拟信号转变为数字信号,最后通过蓝牙将数字信号发送到电脑端。在电脑端我们运用Matlab软件实现手写系统界面,对接收到的数据进行预处理得到三维力数据,再根据三维力数据控制鼠标在GUI界面实现字符手写。在该界面上,我们不仅可以通过传感器来控制鼠标的按下、移动和释放,而且可以选择画笔及其颜色、粗细,以及橡皮擦功能。此外该界面还包含了保存、清屏、退出等功能。实验表明,该手写系统能够有效地实现汉字的手写和手写过程中的强度识别,充分激发了该传感器在可穿戴领域的应用潜力。
刘虎林[4](2019)在《多功能仿人手指触觉传感器系统设计与研究》文中进行了进一步梳理在非结构环境中,触觉信息对于机器人宇航员进行灵巧操作是必不可少的,而触觉传感器是机器触觉信息的重要来源,但现有的机器人触觉传感器存在可靠性低、缺乏统一的标定方法等缺点。本文致力于研制一款可实现多功能探测、易于标定和维修的微小型触觉传感器感知系统,可以为宇航员机器人灵巧操作提供更可靠的触觉信息。本文首先分析了目前各类触觉传感器的优缺点,提出了基于导电液体的仿人手指触觉传感器系统。该触觉传感器系统包括触觉传感器、信号采集系统、触觉数据融合算法。然后根据人手生物医学结构特征完成了触觉传感器的结构优化设计以及敏感元件电气设计,本文的触觉传感器包括独立的柔性皮肤,贴附在指骨表面的电极阵列以及柔性皮肤和指骨之间的导电液体,可实现同时测量温度、三维力、微振动等物理信息的功能,并在此基础上研究了触觉传感器的简易制备和高效装配的工艺方法。接着搭建了包括硬件系统、软件系统和标定工装的信号采集系统,在对各模态信息进行标定之后,完成了独立的硬度识别、导热性能识别、表面粗糙度和纹理细致度识别、物体局部尺寸识别等识别实验。最后基于Tensor Flow深度学习框架建立了包含四层卷积层、两层池化层、两层全连接层的卷积神经网络(CNN)分类模型,基于触觉传感器原始数据的5模态触觉信号构建了大小为32×32的触觉图像,CNN模型通过提取出多模态触觉图像的各类特征从而实现物体类别的分类任务。实验表明稀疏样本下Adam优化器比SGD优化器具有更优的识别效果,F1分数较高,本文设计的CNN模型很好地实现了对目标的分类识别。
何可耀[5](2018)在《基于压敏导电硅橡胶的力觉传感器研究》文中研究表明随着智能机器人技术的不断发展,触觉类传感器在机器人中的应用越来越广泛。研制出可以模拟人体五官感知功能的柔性触觉传感器是实现机器人智能化的关键环节。机器人通过包覆在外表面的触觉传感器实现与周围环境的交互,获取与外界事物接触的信息,可以保障交互的安全性。为实现触觉传感器对机器人的包覆,触觉传感器必须具备柔性特性。压敏导电高分子材料作为一种新兴的功能材料,除了具备柔性特性外,还具备良好的导电性能以及压阻特性,可作为柔性力觉传感器的敏感材料。压敏导电硅橡胶属于复合型高分子功能材料,硅橡胶主要由硅氧键(Si-O)构成,是一种线型的高弹性高分子材料。作为制备柔性触觉传感器的核心敏感元件,材料的性能直接影响到传感器的性能。本课题来源于国家自然科学基金项目:《兼有接触位置与压力检测功能的柔性面电场触觉传感器》,(N0.51575111)。本文基于导电橡胶的压阻特性,设计制备了具有力检测功能的非阵列式柔性触觉传感器。首先,为了研究导电填料种类及含量对压敏导电硅橡胶的导电性能和压阻特性的影响,选取合适的聚合物基料GD414室温硫化硅橡胶和乙炔炭黑、石墨、镍粉、铜粉等多种导电填料以及其他助剂,确定压敏导电硅橡胶的制备工艺。分析了不同种类以及不同含量的导电填料填充下,压敏导电硅橡胶的导电性能及压阻特性。在此基础上,为了改善压敏导电硅橡胶的导电性和压阻特性。探究了碳系和金属系导电填料共用对压敏导电硅橡胶的导电性能和压阻特性的改性效果,发现有别于导电填料单一使用时的两相渗流现象,即二次渗透现象,并分析了二次渗透现象的意义。此外,分析了纳米材料的补强机制,并实验探究了添加不同含量的纳米材料对压敏导电硅橡胶导电性、压阻特性、重复性、滞后性和蠕变性等性能的改性效果,得出纳米材料对高分子材料力学性能的改善作用。然后,选取最佳材料组合,制备压敏导电硅橡胶样品。在此基础上,设计了具有五层结构的传感器样品,根据压阻特性数据拟合非线性压阻模型,并添加补偿函数,使传感器的输入与显示呈线性关系。最后,对制备的传感器样品进行检测误差分析和动态特性等性能分析,证明本文设计的触觉传感器的可行性。
胡广宇[6](2018)在《极端环境下多维力/触觉传感器解耦及信号补偿研究》文中进行了进一步梳理近年,智能机器人技术受到了学术界和工业界的广泛关注,已成为未来机器人领域发展的主要趋势之一。传感器作为智能机器人感知外界环境的重要媒介,是智能机器人系统中不可缺少的重要部件。其中,多维力触觉传感器不仅可以实现传统的刚性力/力矩检测,也可以实现柔性触觉检测,具有十分重要的研究意义。尤其,在太空等极端环境中,如何解决多维力触觉传感器的冗余操作、大温差下的精密操作以及柔性操作等问题,是航空航天等极端环境中机器人研究的关键问题之一。本文首先根据传感器制造材料的柔性及刚性特点分别介绍了三维柔性触觉传感器和六维力/力矩传感器(以下用六维力传感器表示)的研究现状,同时也总结了智能算法在多维力触觉传感器的发展现状。然后针对多维力触觉传感器各桥路之间的维间耦合、柔性传感器柔软性、传感器稳定性、温漂等一系列问题,综合运用材料力学、弹性力学、人工智能、传感器技术等学科理论,对传感器容错处理方法、温度补偿以及柔性传感器结构设计、受力分析、解耦算法等方面内容进行了深入的研究。本论文主要研究内容总结如下:1.提出利用多维刚性力传感器维间耦合信息开展容错解耦算法研究。基于双E型膜片式六维力传感器的结构,分析了各维桥路之间的耦合关系,以斜率形式定量表示出各维桥路之间的耦合关系的强弱。提出一种基于线性方法的可以舍弃故障桥路的容错解耦方法,以及利用非线性BP神经网络对故障桥路进行信号补偿的容错解耦算法。仿真实验结果表明,利用该算法在指定桥路故障状态下该传感器能够满足测量要求;2.开展对多维刚性力传感器在大温差环境下的温度补偿方法研究。基于双E型膜片式六维力传感器应变片布局方式,分析了温度变化对六维力传感器测量精度的影响。在不改变多维力传感器惠斯通全桥电路及采用应变片自补偿法的前提下,通过构建自适应模糊神经网络对传感器进行温度补偿。实验结果表明,该方法明显提高了传感器的稳定性,传感器最大的温度漂移相对误差不超过0.1%。3.以N型柔性触觉传感器为基础开展解耦研究。对由导电橡胶制备的N型微结构敏感单元进行了受力分析,通过有限元仿真实验获得基于该种微结构传感器的标定数据,提出了一种基于RBF神经网络的解耦算法,仿真结果证明了以上工作的有效性;4.具有容错能力的多维柔性触觉传感单元结构设计与其解耦研究。针对传感器的柔性、冗余性和温度补偿等问题,采用柔性压阻膜片作为传感器敏感元件。设计了一种正四面体结构的传感单元可将三维力分解到该结构对应的各个侧面。对该结构的传感单元进行受力分析,利用有限元分析验证了结构的合理性及容错性,通过设计实验获取标定数据,以BP神经网络对传感器进行非线性解耦研究,实验结果表明该传感器实现了量程范围内的三维力测量。以上研究成果解决了多维力触觉传感器面临的解耦精度低、柔性传感器不柔软、及稳定性一致性差等问题,提高了多维力触觉传感器系统的稳定性、灵敏度及可靠性。
朱伟斌[7](2018)在《基于纤维素碳凝胶的柔性压阻复合材料应变传感器》文中指出在可穿戴电子器件快速发展的大背景下,柔性应变传感器在健康监测、生物医疗、运动管理和电子皮肤等领域有着广泛的应用。基于金属或半导体的传统应变传感器存在柔韧性差、应变范围低等问题;近年来人们通过利用导电纳米材料如碳纳米管、石墨烯、金银纳米线等,与柔性高分子基体复合制备了系列柔性压阻复合材料传感器,有力地促进了柔性应变传感器的发展,但这些纳米材料存在制备困难、成本高等问题,限制了其广泛应用。生物质纤维素作为自然界中分布最广、含量最多的生物质材料,具有原料便宜、容易获取、可持续和环境友好等特点;相关研究表明基于生物质的纤维素气凝胶高温处理后可获得具有三维导电网络结构的碳凝胶,可用于制备柔性压阻复合材料传感器。因此开发基于生物质纤维素的柔性应变传感器,具有成本低、环保等特点,发展前景良好。本论文分别以废纸和竹子为纤维素原料,经过简单的水热反应、冷冻干燥和高温碳化过程,制备出了具有三维网络结构的纤维素碳凝胶,将纤维素碳凝胶与硅橡胶复合,获得了具有压阻效应的柔性复合材料,并成功应用于柔性应变传感器,探索了其作为可穿戴设备在人体运动、健康信号监测及热理疗等方面的应用。具体研究内容与结果如下:1.利用生活废纸为原料,经过制浆、冷冻干燥和热解处理得到了具有良好导电性的纸纤维素碳凝胶,与硅橡胶复合,成功制备出了具有压阻特性的柔性纸纤维碳凝胶/硅橡胶复合材料。纸碳凝胶/硅橡胶复合材料的电阻对应变的响应灵敏,具有速度快、可重复的特点,对0-20%内的应变响应稳定、可靠,且有效工作频率宽达0.01Hz-10Hz。纸碳凝胶/硅橡胶复合材料的抗疲劳性能优越,经过1000次压缩循环加载实验后,复合材料传感性能稳定未见明显衰减。此复合材料不仅能够用作监测人体健康信号的应变传感器,而且具有热理疗功能。基于纸碳凝胶/硅橡胶复合材料的柔性应变传感器可实现人体运动(如走路)和人体健康(如呼吸)等信号的监测。并且传感器还可以作为加热器,当工作电压为15V时,与环境间的温差可达20度。纸纤维碳凝胶/硅橡胶复合材料具有应力传感和加热双重功能,对开发多功能柔性电子设备具有重要指导意义。2.以重庆盛产的毛竹为原料,通过氧化-干燥-碳化工艺制备出了竹纤维碳凝胶,与硅橡胶复合后,制备出了竹纤维碳凝胶/硅橡胶复合材料,基于该复合材料的柔性应变传感器具有压阻灵敏度高、响应时间短(50 ms)、可重复和稳定性高等特点。通过调节起始竹纤维浆液的浓度,可制备出密度不同的竹纤维碳凝胶;结果发现在一定范围内,碳凝胶密度越小,复合材料的压阻灵敏度越高。基于竹碳凝胶/硅橡胶复合材料的柔性应变传感器可以识别手指弯曲、呼吸及声音等人体信号,在人体健康监测、人机交互方面有一定的发展潜力。总之,基于废纸与竹子的纤维素碳凝胶/硅橡胶复合材料由于其低廉的价格、适中的导电性能对人体生理信号进行监测,在电子皮肤、生物医药、可穿戴电子器件等方面具有良好的应用前景。
张国立[8](2017)在《柔性触觉传感器的研制》文中指出目前,随着机器人智能化技术的发展,涉及到相关邻域技术的研究也越来越被人们所重视,对外部环境的精确、快速感知是智能化的基础,触觉传感器是实现这一功能的重要手段,因此,触觉传感器的研究和应用具有非常重要的意义。在实际应用中,柔性触觉传感器需要具有两个特点,首先,机器人对外界的感知往往需要触觉传感器能够对空间的多维力进行检测,包括法向力与切向力。其次,触觉传感器需要具有类似人体皮肤的柔韧性与延展性,能够覆盖在不规则的接触表面之上,从而更好地实现对外界环境的感知和作业。因此,能够进行多向力的检测并且具有类似人类皮肤力学特性的柔性触觉传感器的研制是机器人实现智能化的重要条件之一,具有广泛的应用前景。目前的触觉传感器多由刚性材料或者部分刚性材料制作而成,缺乏柔韧性,并且大多数只能实现单维法向或单维切向力的检测,针对此现状,本文研制了一种柔性电容式触觉传感器,该传感器的本体和电极全部由柔性材料组成,具有良好的柔韧性并且可以实现法向力和切向力的测量,基本结构由4个对不同方向的外力呈不同敏感性的电容构成。除此之外,该柔性传感器具有工艺简单,结构简单,可靠性高等特点,为今后柔性触觉传感器的设计制作提供了一种新的思路。本文的主要工作总结如下所述:1)基于电容式力学传感器的原理,提出了一种柔性触觉传感器的结构设计方案,用来实现对法向力与切向力的测量。传感器采用超弹性柔性电极,其相比传统金属电极具有更高的灵敏度与柔韧性。传感器采用上下两层的四电容结构,从而对三个方向的力有不同的灵敏度,并通过对外力作用所引起的四个电容值变化进行组合运算实现对外力的检测。阐述了该柔性触觉传感器的工作原理。选取了制作传感器的材料,最后对柔性触觉传感器的制作过程进行了介绍。2)使用COMSOL Multiphysics软件对传感器进行了力电耦合的仿真分析,验证了传感器测试原理,为传感器的研制提供了一些参考。3)为了验证传感器的性能,通过一系列实验检测了柔性传感器的输出特性,包括三个轴向力的输出特性、传感器的动态特性等。4)为了对比柔性电极与金属电极的优越性,制作了相同尺寸的金属电极的柔性传感器,并对柔性电极的传感器与金属电极的传感器的灵敏度与柔韧性进行了对比试验和分析。
张会明[9](2017)在《基于石墨烯的触觉传感器及三维力解耦研究》文中进行了进一步梳理智能化是机器人技术最新发展的一个重要方向,而实现智能化的一个关键技术——触觉传感器技术,是制约其发展的重要因素。对于人类触觉的模拟,既要满足三维力测量的高灵敏度,又要有人类皮肤的柔性。目前针对强力信号(>10 kPa)的检测技术已经成熟,而对于弱力(<5 kPa)及三维力信号的检测仍需研究,同时柔性传感器器件制造水平仍需提高。鉴于此,本课题拟采用阵列结构化的石墨烯薄膜作为力学敏感材料,通过优化设计传感器的结构和制造工艺,制备出高性能力学传感器,并采用一体化的信号采集系统,实现力学信号的快速采集与分析。利用材料的界面压阻效应,设计了一种基于石墨烯的柔性三维力触觉传感器。传感器总体结构包括表面凸起层、压阻层和柔性电极三个部分。对界面电阻产生的机理进行了分析,研究了传感器三维力检测原理。进一步利用硅光刻技术、湿法刻蚀工艺、反拷铸膜法和层层自组装技术(Layer-By-Layer,LBL)制作了带有石墨烯薄膜的压阻层。设计并制备出了柔性电极层,将各部分组装成柔性三维力传感器的压阻单元;分别对其进行了正压力与任意三维力的检测性能测试。当接触压力小于500 Pa时,传感器灵敏度为-1.71KPa-1,5005000 Pa时,传感器灵敏度为-0.0178 KPa-1;响应和回复时间分别为7.5ms和7.4 ms;传感器可实现对正压力、剪切力、空间任意方向力的快速和高灵敏度检测,其最低检测限为2 Pa,且具有良好的稳定性。进一步搭建了阵列触觉传感器的信号采集电路,首先利用分压的方式设计了信号检出电路,然后通过高速选通芯片CD4051对每个阵列传感单元的输出信号进行采集。利用STM32单片机的A/D模数转换器实现信号由模拟量到数字量转换,使用STM32单片机对数字信号处理分析,最后将输出信号通过PC显示出来。最后对触觉传感器进行了耦合分析,分析结果表明传感器的耦合计算结果受到设计原理、测量方式和传感器制造装配精度的影响,因此,每个方向的输出信号会受到多个外界因素的干扰。鉴于此,采用了BP神经网络对触觉传感器进行了解耦研究。解耦计算结果的最大误差为4.3%FS,最后编写了解耦界面。
黄慧宇[10](2017)在《人工皮肤柔性触觉传感器的设计制备及传感特性研究》文中认为皮肤是人体感知外界环境信息的重要感知器官,人类依靠皮肤产生的触觉感知周围环境中的信息。本文将含液体芯PVDF压电纤维(LPF,Liquid Core PVDF Fiber)埋入到医用硅橡胶中,设计制备了一种人工皮肤柔性触觉传感器(AS,Artificial Skin Flexible Tactile Sensor),对其触觉传感功能进行了理论分析和实验研究,并取得了初步的研究成果。主要的研究内容和研究成果如下:(1)利用自制的拉丝纤维设备,成功的制备出液体芯PVDF纤维,表征了纤维的微观形貌和力学性能,进行了 XRD测试,结果表明,纤维的拉伸倍数越大,其压电性能越强。通过对比实验,说明在同等实验条件下,液体芯PVDF压电纤维的传感信号是金属芯PVDF纤维的1.75倍。(2)将含液体芯PVDF纤维埋入到医用硅橡胶中,设计制备了一种人工皮肤柔性触觉传感器。采用能量法和平均电荷方法,建立了这种触觉传感器的压力传感模型。实验结果表明,这种触觉传感器能够感知多种不同激励方式不同频率的信号,其实验结果表明传感信号和激励信号基本呈线性关系;并能准确的反映出冲击、三角波、正弦波激励的作用过程,实验结果验证了理论模型。(3)基于简支梁振动理论模型,本文研究了触觉传感器的压力传感灵敏度。用压电微动工作台进行灵敏度测试实验。在正弦激励和冲击激励的作用下,传感器的最小响应幅值为300nm,最小响应频率为0.1Hz,共振频率为7Hz;当采用方波作为激励方式时,方波的冲击特性越明显,传感器的输出信号越强。实验结果表明,这种触觉传感器具有优于人体手指的超高灵敏度。(4)将液体芯PVDF纤维阵列埋入到医用硅橡胶中,设计制备出大面积的人工皮肤柔性触觉传感器。在正弦激励作用下,测得传感器在激振频率为16Hz时,对时间响应的灵敏度最高。在冲击激励时,激励点到纤维的距离和传感信号之间,呈近似于正态分布的关系。利用此模型,可以准确判断出冲击激励的幅值大小和冲击点位置点的坐标。通过理论分析和实验研究,表明这种人工皮肤柔性触觉传感器具有制备工艺简单、成本低、灵敏度高等特点。在机器人、康复医疗及航空航天等领域中有着广泛的应用和良好的发展前景。
二、基于PVDF压电膜的三向力触角传感头研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于PVDF压电膜的三向力触角传感头研究(论文提纲范文)
(2)压电薄膜触觉传感器的多信息识别研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 压阻式触觉传感器 |
1.2.2 电容式触觉传感器 |
1.2.3 压电式触觉传感器 |
1.2.4 其它类型触觉传感器 |
1.3 论文研究内容及结构安排 |
1.3.1 论文研究内容 |
1.3.2 论文结构安排 |
1.4 本章小结 |
第2章 系统总体方案及系统硬件设计 |
2.1 系统总体方案设计 |
2.2 触觉传感器设计 |
2.2.1 PVDF压电薄膜特性 |
2.2.2 仿生触觉传感器制作 |
2.3 整体信号调理电路设计 |
2.3.1 电荷放大电路 |
2.3.2 四阶低通滤波电路 |
2.3.3 电压放大电路 |
2.3.4 电压幅值抬升电路 |
2.3.5 电压跟随电路 |
2.4 ADC模数转换 |
2.5 本章小结 |
第3章 系统实验测试与结果分析 |
3.1 传感器对比测试研究 |
3.2 物体软硬度实验分析 |
3.3 物品粘弹性实验分析 |
3.4 物体热觉实验分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 系统上位机处理 |
4.1 PCA算法概述 |
4.1.1 标准化处理 |
4.1.2 主成分分析算法 |
4.2 粒子群优化算法 |
4.2.1 粒子群优化算法起源 |
4.2.2 粒子群优化算法原理 |
4.3 BP神经网络算法 |
4.3.1 BP神经网络概述 |
4.3.2 BP神经网络学习过程 |
4.3.3 BP神经网络的不足以及需要改进的地方 |
4.4 基于PSO算法优化的BP神经网络 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于触觉信息机器学习算法的识别结果 |
5.1 滑觉数据提取 |
5.2 应用于触觉序列的PCA降维算法设计 |
5.3 BP神经网络算法的识别结果 |
5.4 BP神经网络算法与PSO-BP算法之间的对比仿真实验 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论 |
6.1 主要工作成果 |
6.2 存在的不足和展望 |
参考文献 |
作者简介及科研成果 |
致谢 |
(3)柔性三维力传感器的研究及其在手写识别中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 柔性传感器的研究背景 |
1.2 柔性压力传感器的概述与应用 |
1.2.1 柔性压力传感器的概述 |
1.2.2 柔性压力传感器的应用 |
1.3 柔性三维力传感器国内外研究现状 |
1.3.1 电容式柔性三维力传感器 |
1.3.2 压阻式柔性三维力传感器 |
1.3.3 压电式柔性三维力传感器 |
1.3.4 电磁式柔性三维力传感器 |
1.4 本文工作内容 |
第二章 柔性三维力传感器的设计与性能分析 |
2.1 柔性三维力传感器的结构与原理 |
2.2 柔性三维力传感器的制作 |
2.2.1 图案化电极的制作 |
2.2.2 介质层材料的制作 |
2.2.3 传感器的制作 |
2.3 柔性三维力传感器的性能研究 |
2.3.1 性能测试装置搭建 |
2.3.2 正向力灵敏度 |
2.3.3 切向力灵敏度 |
2.3.4 三维力的测试与校准 |
2.3.5 迟滞性与重复性 |
2.3.6 响应时间 |
2.4 本章小结 |
第三章 电容阵列测量系统的硬件设计 |
3.1 系统结构设计 |
3.2 系统的硬件设计 |
3.2.1 信号发生器模块 |
3.2.2 选通模块 |
3.2.3 电容-电压转换电路模块 |
3.2.4 峰值检波电路模块 |
3.2.5 差分放大电路模块 |
3.2.6 数据处理模块和蓝牙模块 |
3.3 系统的性能测试 |
3.3.1 速度测试 |
3.3.2 精度测试 |
3.3.3 灵敏度测试 |
3.3.4 最小分辨率测试 |
3.4 本章小结 |
第四章 软件设计及手写识别的应用 |
4.1 ARM端软件设计 |
4.2 PC端软件设计 |
4.3 手写识别的应用 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间公开发表的论文 |
致谢 |
(4)多功能仿人手指触觉传感器系统设计与研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
注释表 |
缩略词 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 触觉传感器国内外研究现状 |
1.2.1 压电式触觉传感器 |
1.2.2 电容式传感器 |
1.2.3 电阻式触觉传感器 |
1.2.4 超声波式触觉传感器 |
1.2.5 光纤式触觉传感器 |
1.3 论文研究的主要内容 |
第二章 多功能仿人手指触觉传感设计 |
2.1 引言 |
2.2 人手指尖生理学特征 |
2.3 仿人手指触觉传感器设计 |
2.3.1 仿人手指触觉传感器设计原理 |
2.3.2 触觉传感器结构设计 |
2.3.3 敏感元件选择及其电气设计 |
2.4 触觉传感器的制备方法 |
2.4.1 各主要部分的制造 |
2.4.2 触觉传感器的装配 |
2.5 本章小结 |
第三章 触觉传感器信号采集系统设计与实验 |
3.1 引言 |
3.2 信号采集系统设计 |
3.2.1 硬件系统设计 |
3.2.2 软件系统设计 |
3.3 触觉传感器标定工装 |
3.4 触觉传感器测试实验 |
3.4.1 温度信号标定及其特征感知实验 |
3.4.2 压力信号标定及其特征感知实验 |
3.4.3 微振动特征感知实验 |
3.4.4 电极阵列感知实验 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于深度学习的多模态触觉数据处理 |
4.1 引言 |
4.2 卷积神经网络(CNN) |
4.2.1 CNN的结构 |
4.2.2 CNN的前馈传导和反向传播算法 |
4.3 基于CNN网络模型的触觉图像识别 |
4.3.1 触觉数据库 |
4.3.2 触觉图像构建 |
4.3.3 CNN网络模型 |
4.3.4 模型的优化训练 |
4.4 触觉图像识别实验及结果分析 |
4.4.1 评价方法 |
4.4.2 实验结果及分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 论文工作总结 |
5.2 论文工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
(5)基于压敏导电硅橡胶的力觉传感器研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 触觉传感器国内外研究概况 |
1.2.1 压电式力觉传感器 |
1.2.2 压阻式力觉传感器 |
1.2.3 存在的问题 |
1.2.4 导电硅橡胶的发展现状 |
1.3 课题的提出 |
1.4 论文的主要内容 |
第二章 压敏导电硅橡胶制备材料的选取与工艺研究 |
2.1 压敏导电硅橡胶的性能要求 |
2.2 导电橡胶制备原料的选取 |
2.2.1 导电填料的选择 |
2.2.2 基体聚合物的选择 |
2.2.3 辅助材料及助剂的选取 |
2.2.4 纳米材料的选取 |
2.3 制备材料的仪器设备 |
2.4 压敏导电硅橡胶的制备 |
2.4.1 压敏导电硅橡胶制备工艺 |
2.4.2 压敏导电硅橡胶工艺流程 |
2.5 本章小结 |
第三章 压敏导电硅橡胶的导电机理和压阻特性 |
3.1 导电理论 |
3.1.1 复合材料导电性分析 |
3.1.2 复合材料压阻特性分析 |
3.2 复合材料导电机制分析 |
3.2.1 导电通道理论 |
3.2.2 复合材料的隧道效应 |
3.3 两相填料组合配比的探究 |
3.3.1 填料单相填充时的性能分析 |
3.3.2 两相导电填料共用效果分析 |
3.3.3 导电性与硬度的关系分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 压敏导电硅橡胶性能改善 |
4.1 纳米白炭黑的改性机理分析 |
4.1.1 纳米粒子特性 |
4.1.2 纳米材料对聚合物的作用机理 |
4.2 纳米白炭黑的改性实验和结果分析 |
4.2.1 导电性分析 |
4.2.2 纳米材料对压阻特性的改善效果分析 |
4.2.3 纳米材料对滞后性的改善效果分析 |
4.2.4 纳米材料对重复性的改善效果分析 |
4.2.5 纳米材料对蠕变特性的改善效果分析 |
4.3 压阻模型拟合 |
4.4 本章小结 |
第五章 传感器结构设计与实验 |
5.1 触觉传感器设计要求 |
5.2 传感器检测原理和结构设计 |
5.2.1 传感器结构设计 |
5.2.2 力检测原理 |
5.3 传感器样品制作 |
5.3.1 样品材料选择 |
5.3.2 样品制作 |
5.4 信号采集与处理 |
5.5 传感器测试装置 |
5.6 实验分析 |
5.6.1 实验检测模型 |
5.6.2 接触面积对力检测精度的影响 |
5.6.3 接触力大小对检测精度的影响 |
5.6.4 传感器动态特性分析 |
5.7 本章小结 |
总结与展望 |
1. 总结 |
2. 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历 |
在学期间已发表和录用的论文 |
在学期间参与的研究项目 |
(6)极端环境下多维力/触觉传感器解耦及信号补偿研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 多维力触觉传感器研究现状 |
1.2.1 三维柔性触觉传感器 |
1.2.2 六维力传感器 |
1.2.3 智能算法在多维力触觉传感器的研究 |
1.3 多维力触觉传感器的应用及发展趋势 |
1.4 电阻式力传感器检测机理研究现状 |
1.4.1 导电橡胶检测原理 |
1.4.2 电阻应变片检测原理 |
1.5 课题的主要研究内容 |
1.5.1 论文的选题意义 |
1.5.2 论文主要内容及创新点 |
1.6 论文的结构 |
第二章 多维刚性力传感器容错解耦算法研究 |
2.1 引言 |
2.2 双E型膜六维力传感器结构 |
2.3 线性解耦方法 |
2.4 六维力传感器标定及耦合分析 |
2.4.1 标定过程 |
2.4.2 耦合分析 |
2.5 六维力传感器容错解耦研究 |
2.5.1 基于线性容错解耦研究 |
2.5.2 基于BP神经网络容错解耦研究 |
2.6 本章小结 |
第三章 多维刚性力传感器温度补偿方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 电阻应变片布局方式 |
3.3 温度对电阻应变片的影响 |
3.4 传感器温度漂移硬件补偿方法 |
3.4.1 惠斯通电桥补偿法 |
3.4.2 应变片自补偿方法 |
3.5 模糊神经网络基础理论 |
3.5.1 模糊控制基本原理 |
3.5.2 自适应模糊神经网络结构 |
3.5.3 自适应神经网络学习算法 |
3.6 基于ANFIS的温度补偿实验研究 |
3.6.1 传感器高低温实验 |
3.6.2 ANFIS模糊神经网络结构的建立 |
3.6.3 实验结果分析 |
3.7 本章小结 |
第四章 基于导电橡胶多维柔性触觉传感器的解耦研究 |
4.1 引言 |
4.2 柔性传感器阵列结构设计 |
4.2.1 传感器敏感结构单元 |
4.2.2 传感器敏感结构单元受力分析 |
4.2.3 柔性传感器阵列结构 |
4.3 触觉传感器阵列的仿真实验 |
4.3.1 有限元仿真 |
4.3.2 柔性传感阵列的COMSOL有限元仿真 |
4.4 基于RBF神经网络的柔性传感器阵列解耦研究 |
4.4.1 RBF神经网络原理 |
4.4.2 解耦过程 |
4.4.3 解耦结果与分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 基于压阻膜片多维柔性触觉传感单元及其解耦研究 |
5.1 引言 |
5.2 柔性传感单元的结构设计 |
5.2.1 受力分析 |
5.2.2 柔性传感单元的制备 |
5.3 柔性传感单元的COMSOL有限元仿真 |
5.4 三维柔性传感器标定实验 |
5.4.1 数据采集系统 |
5.4.2 传感器标定步骤 |
5.4.3 传感器标定结果 |
5.5 基于BP神经网络的柔性传感单元解耦研究 |
5.5.1 解耦过程 |
5.5.2 解耦结果与分析 |
5.6 本章小结 |
第六章 总结和展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录1 N型柔性传感器COMSOL仿真结果 |
附录2 六维力传感器标定实验数据 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(7)基于纤维素碳凝胶的柔性压阻复合材料应变传感器(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 传感器的概述 |
1.1.1 传感器的分类 |
1.1.2 传感器的发展趋势 |
1.1.3 传感器在航空航天结构检测方面的应用 |
1.2 应变传感器 |
1.2.1 柔性应变传感器 |
1.2.2 柔性应变传感器的分类 |
1.2.3 柔性应变传感器的应用 |
1.3 柔性应变传感器用压阻复合材料及结构 |
1.3.1 柔性应变传感器用压阻复合材料 |
1.3.2 柔性应变传感器用压阻结构 |
1.4 生物质碳材料及其柔性压阻复合材料传感器 |
1.4.1 基于生物质的三维碳材料 |
1.4.2 基于生物质碳的柔性压阻复合材料 |
1.5 选题的研究背景、意义及内容 |
2 基于废纸的碳凝胶/硅橡胶的柔性压阻复合材料应变传感器 |
2.1 前言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 原料与设备 |
2.2.2 实验制作过程 |
2.2.3 测试表征方法 |
2.3 实验结果与讨论 |
2.3.1 碳凝胶的微观结构 |
2.3.2 碳凝胶/PDMS复合材料的力学性能 |
2.3.3 碳凝胶/PDMS复合材料的热学性能 |
2.3.4 碳凝胶/PDMS复合材料的压阻性能 |
2.3.5 碳凝胶/PDMS复合材料的应用 |
2.4 本章小结 |
3 基于竹子的碳凝胶/硅橡胶柔性压阻复合材料应变传感器 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 原料与设备 |
3.2.2 材料及传感器的制备 |
3.2.3 测试与表征 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 微观结构表征 |
3.3.2 碳凝胶/硅橡胶复合材料的力学性能 |
3.3.3 碳凝胶/硅橡胶复合材料的压阻性能 |
3.3.4 基于碳凝胶/硅橡胶复合材料的柔性应变传感器 |
3.4 本章小结 |
4 结论与展望 |
4.1 结论 |
4.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
(8)柔性触觉传感器的研制(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 柔性传感器的研究现状 |
1.2.1 压阻式触觉传感器 |
1.2.2 压电式触觉传感器 |
1.2.3 电容式触觉传感器 |
1.2.4 其他类型的柔性触觉传感器 |
1.3 柔性触觉传感器的发展趋势 |
1.4 本文的研究内容和意义 |
第二章 柔性触觉传感器的结构设计 |
2.1 柔性触觉传感器的材料选取 |
2.2 柔性传感器的结构设计与工作原理 |
2.2.1 柔性传感器的结构设计 |
2.2.2 柔性传感器的工作原理 |
2.3 柔性传感器的制作过程 |
2.4 本章小结 |
第三章 柔性触觉传感器的力电耦合仿真分析 |
3.1 PDMS材料的超弹性力学特性 |
3.1.1 基于多项式形式的本构模型 |
3.1.2 Ogden模型的应变能函数 |
3.2 柔性触觉传感器的有限元仿真 |
3.2.1 柔性传感器的电容电极间距的选择 |
3.2.2 柔性传感器的矩形支撑快宽度的选择 |
3.2.3 柔性传感器的锂电耦合仿真结果与分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 柔性触觉传感器的实验测试与分析 |
4.1 柔性传感器的静态输出特性 |
4.2 柔性电极的传感器与金属电极的传感器柔韧性的对比 |
4.3 柔性电极的传感器与金属电极的传感器的灵敏度对比 |
4.4 柔性传感器对法向位移的测量 |
4.5 柔性传感器的动态测试 |
4.6 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(9)基于石墨烯的触觉传感器及三维力解耦研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源 |
1.2 课题背景及研究目的和意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 应变式触觉传感器 |
1.3.2 压电式触觉传感器 |
1.3.3 电容式触觉传感器 |
1.3.4 压阻式触觉传感器 |
1.4 国内外研究现状简析 |
1.5 本课题主要研究内容 |
第2章 触觉传感器的设计与测量原理研究 |
2.1 界面压阻效应 |
2.2 传感器各部分材料的选择 |
2.2.1 表面凸起层与压阻层基体的材料的选取 |
2.2.2 压阻层导电材料的选择 |
2.2.3 柔性电路板材料的选择 |
2.3 基于石墨烯的触觉传感器的测量原理的分析 |
2.4 基于石墨烯的触觉传感器的结构设计 |
2.5 本章小结 |
第3章 石墨烯的力触觉传感器的制备技术研究 |
3.1 表面凸起层与压阻层基体的制备 |
3.1.1 硅模板的制备 |
3.1.2 表面凸起层与压阻层基体的成型过程 |
3.2 氧化石墨烯的制备与表征 |
3.3 压阻层的制备与表征 |
3.3.1 石墨烯薄膜的组装与还原 |
3.3.2 压阻层的微观表征 |
3.3.3 金属电极的蒸镀 |
3.4 柔性电路板的制备 |
3.5 各组成部分组装 |
3.6 本章小结 |
第4章 传感器压阻单元性能测试 |
4.1 力触觉传感器压阻单元性能测试 |
4.2 传感器在三维力下的性能测试 |
4.3 本章小结 |
第5章 阵列触觉传感器电信号提取与解耦研究 |
5.1 信号采集系统的硬件与软件的设计 |
5.1.1 信号采集系统的硬件设计 |
5.1.2 信号采集系统的软件设计 |
5.2 基于石墨烯的触觉传感器的耦合分析 |
5.3 基于BP神经网络的解耦研究 |
5.3.1 BP神经网络原理 |
5.3.2 BP神经网络解耦过程 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(10)人工皮肤柔性触觉传感器的设计制备及传感特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
符号说明 |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 触觉传感器的研究现状 |
1.2.1 柔性触觉传感器的研究现状 |
1.2.2 人工皮肤的研究现状 |
1.2.3 触觉传感器的应用和发展趋势 |
1.3 柔性可穿戴电子纤维传感器研究现状 |
1.4 论文的主要研究内容 |
第二章 液体芯PVDF压电纤维的设计制备及性能表征 |
2.1 液体芯PVDF压电纤维的制备 |
2.1.1 制备液体芯PVDF压电纤维的实验仪器 |
2.1.2 液体芯PVDF压电纤维的制备流程 |
2.2 金属芯和液体芯PVDF压电纤维的微观横截面形貌 |
2.3 对PVDF纤维进行力学拉伸试验和XRD测试 |
2.4 液体芯和金属芯PVDF压电纤维的灵敏度对比关系 |
2.5 本章小结 |
第三章 人工皮肤柔性触觉传感器的设计制备与理论研究 |
3.1 人工皮肤柔性触觉传感器的传感原理 |
3.2 人工皮肤柔性触觉传感器的设计与制备 |
3.3 人工皮肤柔性触觉传感器的受力模型 |
3.4 人工皮肤柔性触觉传感器的理论模型 |
3.5 人工皮肤柔性触觉传感器表面受到冲击力的大小与其输出信号大小之间的关系 |
3.6 本章小结 |
第四章 人工皮肤柔性触觉传感器的传感特性研究 |
4.1 人工皮肤柔性触觉传感器(AS)位移灵敏度的测试研究 |
4.2 人工皮肤柔性触觉传感器(AS)对响应频率的传感特性 |
4.2.1 AS的共振频率 |
4.2.2 AS的最小响应频率 |
4.2.3 AS的最大响应频率 |
4.3 AS在方波不同占空比或不同响应频率激励下的输出信号关系 |
4.3.1 激振频率保持不变,改变方波的占空比,比较AS输出的信号关系 |
4.3.2 方波占空比保持不变,改变激振频率,比较AS输出的信号关系 |
4.4 本章小结 |
第五章 人工皮肤柔性触觉传感器的应用研究 |
5.1 人工皮肤神经网络的传感原理 |
5.2 设计和制备人工皮肤神经网络系统 |
5.3 对人工皮肤输出信号响应时间灵敏度的研究 |
5.4 研究冲击力距离人工皮肤神经网络中纤维远近时其输出的信号关系 |
5.5 对人工皮肤神经网络表面作用力的定位研究 |
5.6 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 论文总结和主要创新点 |
6.1.1 论文总结 |
6.1.2 论文创新点 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间主要的研究成果 |
四、基于PVDF压电膜的三向力触角传感头研究(论文参考文献)
- [1]基于视觉的感知三维力高密度触觉传感器研究[D]. 石晓晓. 北京化工大学, 2021
- [2]压电薄膜触觉传感器的多信息识别研究[D]. 刘丽双. 吉林大学, 2021(01)
- [3]柔性三维力传感器的研究及其在手写识别中的应用[D]. 缪一辉. 苏州大学, 2020(02)
- [4]多功能仿人手指触觉传感器系统设计与研究[D]. 刘虎林. 南京航空航天大学, 2019(02)
- [5]基于压敏导电硅橡胶的力觉传感器研究[D]. 何可耀. 福州大学, 2018(03)
- [6]极端环境下多维力/触觉传感器解耦及信号补偿研究[D]. 胡广宇. 中国科学技术大学, 2018(10)
- [7]基于纤维素碳凝胶的柔性压阻复合材料应变传感器[D]. 朱伟斌. 重庆大学, 2018(04)
- [8]柔性触觉传感器的研制[D]. 张国立. 天津大学, 2017(07)
- [9]基于石墨烯的触觉传感器及三维力解耦研究[D]. 张会明. 哈尔滨工业大学, 2017(02)
- [10]人工皮肤柔性触觉传感器的设计制备及传感特性研究[D]. 黄慧宇. 扬州大学, 2017(01)