發(fā)布時(shí)間：2019-05-20 02:27

【摘要】：觸覺是一種可以判斷其它事物形態(tài)、結(jié)構(gòu)等特征的感覺,可以對視覺的作用進(jìn)行補(bǔ)充,對事物的感知很敏感。人工皮膚現(xiàn)在已成為主要的觸覺感知結(jié)構(gòu),也成為了機(jī)器人觸覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),其實(shí)質(zhì)是一種柔性化觸覺傳感器陣列。本文對人工皮膚柔性化壓觸覺進(jìn)行了相關(guān)研究與設(shè)計(jì)。提出了幾種計(jì)算觸覺感知壓力分布的算法,設(shè)計(jì)兩種柔性化壓觸覺感知陣列結(jié)構(gòu)并對其進(jìn)行了理論分析與有限元仿真。制作了壓觸覺陣列實(shí)物,完成了實(shí)驗(yàn)測試。最終驗(yàn)證了這些壓觸覺傳感器可實(shí)現(xiàn)皮膚外部表面的矢量壓力的定量檢測及表面定位。主要研究內(nèi)容如下:1)閱讀相關(guān)文獻(xiàn),分析當(dāng)前機(jī)器人觸覺傳感器及機(jī)器人人工皮膚的現(xiàn)狀,總結(jié)了未來機(jī)器人人工皮膚發(fā)展的趨勢及存在不足,結(jié)合了多種觸覺傳感器陣列以及觸覺感知算法,提出基于低密度陣列的機(jī)器人人工皮膚壓觸覺方案。2)設(shè)計(jì)一種三角形壓力陣列,并將其封裝至聚二甲基硅氧烷(PDMS)中,構(gòu)成人工皮膚結(jié)構(gòu)單元。提出一種基于該人工皮膚的利用三角形幾何關(guān)系的正壓力分布檢測算法,運(yùn)用彈性力學(xué)理論對該人工皮膚進(jìn)行力學(xué)性能分析,并用ANSYS軟件對分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,最后通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測試,驗(yàn)證了該人工皮膚檢測正壓力分布的可行性。3)為提高上述皮膚正壓力定位檢測算法的局限性,提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及支持向量機(jī)兩種不同數(shù)學(xué)模型的定位算法,分析了上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)特性,并擴(kuò)充構(gòu)造出1600組訓(xùn)練及驗(yàn)證樣本數(shù)據(jù),采用MATLAB構(gòu)建和訓(xùn)練了 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及支持向量機(jī)模型,驗(yàn)證了所述算法的可行性。4)綜合前面設(shè)計(jì)的幾種算法與實(shí)驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)了一種基于手指結(jié)構(gòu)的十字對稱壓力陣列,從而實(shí)現(xiàn)矢量壓力的檢測,采用類似的彈性力學(xué)理論對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)分析,其結(jié)果與ANSYS軟件仿真一致,在此基礎(chǔ)上,給出了一種檢測多維力的水平面分力角度的算法,最后制作實(shí)物,驗(yàn)證手指壓觸覺結(jié)構(gòu)的可行性。最后進(jìn)行了課題的研究總結(jié),分析了研究結(jié)果以及存在不足,并提出了改進(jìn)辦法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242.61;TP212

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本文編號：2481270