【摘要】：皮膚是人體感知外界環(huán)境信息的重要感知器官,人類依靠皮膚產(chǎn)生的觸覺感知周圍環(huán)境中的信息。本文將含液體芯PVDF壓電纖維(LPF,Liquid Core PVDF Fiber)埋入到醫(yī)用硅橡膠中,設計制備了一種人工皮膚柔性觸覺傳感器(AS,Artificial Skin Flexible Tactile Sensor),對其觸覺傳感功能進行了理論分析和實驗研究,并取得了初步的研究成果。主要的研究內(nèi)容和研究成果如下:(1)利用自制的拉絲纖維設備,成功的制備出液體芯PVDF纖維,表征了纖維的微觀形貌和力學性能,進行了 XRD測試,結果表明,纖維的拉伸倍數(shù)越大,其壓電性能越強。通過對比實驗,說明在同等實驗條件下,液體芯PVDF壓電纖維的傳感信號是金屬芯PVDF纖維的1.75倍。(2)將含液體芯PVDF纖維埋入到醫(yī)用硅橡膠中,設計制備了一種人工皮膚柔性觸覺傳感器。采用能量法和平均電荷方法,建立了這種觸覺傳感器的壓力傳感模型。實驗結果表明,這種觸覺傳感器能夠感知多種不同激勵方式不同頻率的信號,其實驗結果表明傳感信號和激勵信號基本呈線性關系;并能準確的反映出沖擊、三角波、正弦波激勵的作用過程,實驗結果驗證了理論模型。(3)基于簡支梁振動理論模型,本文研究了觸覺傳感器的壓力傳感靈敏度。用壓電微動工作臺進行靈敏度測試實驗。在正弦激勵和沖擊激勵的作用下,傳感器的最小響應幅值為300nm,最小響應頻率為0.1Hz,共振頻率為7Hz;當采用方波作為激勵方式時,方波的沖擊特性越明顯,傳感器的輸出信號越強。實驗結果表明,這種觸覺傳感器具有優(yōu)于人體手指的超高靈敏度。(4)將液體芯PVDF纖維陣列埋入到醫(yī)用硅橡膠中,設計制備出大面積的人工皮膚柔性觸覺傳感器。在正弦激勵作用下,測得傳感器在激振頻率為16Hz時,對時間響應的靈敏度最高。在沖擊激勵時,激勵點到纖維的距離和傳感信號之間,呈近似于正態(tài)分布的關系。利用此模型,可以準確判斷出沖擊激勵的幅值大小和沖擊點位置點的坐標。通過理論分析和實驗研究,表明這種人工皮膚柔性觸覺傳感器具有制備工藝簡單、成本低、靈敏度高等特點。在機器人、康復醫(yī)療及航空航天等領域中有著廣泛的應用和良好的發(fā)展前景。
【圖文】：

世界各國的研宄者們都在不斷地嘗試采用新型材料設計制備柔性觸覺例如邋Ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ邋ｆｌｕｏｒｉｄｅ），，英文縮寫邋ＰＶＤＦ（聚偏二氟乙q媯郟酰蕁ⅲ校模停櫻ǎ校錚歟洌椋恚幔睿寰鄱諄柩跬椋郟保矗蕁ⅲ停牛停櫻郟保擔蕁⒌嫉縵鸞海薜取５茄繡吵隼吹娜嶁源ザ薊蚨嗷蟶俁即嬖諞恍┠巖怨タ說奈侍�，例瓤澲R嶁源ゾ醮釁韉納杓浦票阜矯媯靖�、工覎鋮灿和灵敏蹲寭]寫锏揭螅誆牧戲矯媯荒薌婢呷崛托院蛻煺剮栽謚票腹ひ丈�，无法将传羔咓大面积地鸽A旁諢魅頌灞淼齲郟玻牽蕁Ｎ絲朔廡┪收咼侵鋁τ誆煌灤筒牧系目�，蕼厦设计制辟x隼吹娜嶁源ゾ醮釁魍本弒咐嗥し艫娜崛硇院土榛钚�、应力应变和掇\Φ募觳夤δ艿取ｅ義希玻埃保材輳固垢４笱У縉こ滔檔模攏澹睿輳幔恚椋鑠澹茫耍裕澹宓熱松杓屏艘恢摯賞淝源ゾ醮釁鰨郟玻保蕁Ｕ庵秩嶁源ゾ醮釁靼滄霸諞桓鋈鋁詞僥局頻幕魅四Ｌ卮釁骱屯淝釁鰨繽跡歟歟ǎ幔┧荊淝釁靼滄霸謚餑誆嗲潁桓齟グ滄霸謔終粕�。发光二极管（沙堝好撣睛区域中心）用来模拟传祫│学变形，通表示输臭櫯号，壤_跡歟歟ǎ猓�。倒P種饌淝�，ＬＥＤ佸“眼睛】嚵，强度藡哜关秸r黽�。壤_跡歟歟ǎ悖┧盡ｅ義

本文編號：2582085