觸覺作為人類重要的感覺之一,在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜豢商娲淖饔谩Ｍ瑯?對(duì)于機(jī)器人來說,觸覺具有著視覺、聽覺等無法替代重要感知功能。常見的觸覺感知方式按照工作原理分類有電阻式、電容式、光電式等等,基于這些感知方式的觸覺傳感器在不同的場(chǎng)景下具有各自不同的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。本課題圍繞仿生柔性觸覺感知這個(gè)問題,從自然界的仿生微結(jié)構(gòu)中獲得靈感,對(duì)基于仿生微結(jié)構(gòu)的柔性觸覺感知方式進(jìn)行了詳細(xì)的論證、設(shè)計(jì)、測(cè)試及理論研究。本文主要研究內(nèi)容與成果如下:1、基于仿生表面微結(jié)構(gòu)的觸覺感知方式的設(shè)計(jì)與制作工藝研究。從自然界廣泛存在的微結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn),研究生物表面結(jié)構(gòu)色的形成機(jī)理;探索在彈性硅膠材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面制作微結(jié)構(gòu),并且形成可見光結(jié)構(gòu)色的工藝;分別從理論模型與仿真角度對(duì)彈性材料表面結(jié)構(gòu)色受到外部接觸力的變化進(jìn)行分析;基于彈性材料表面的結(jié)構(gòu)色變化特點(diǎn),討論了其作為觸覺感知的信號(hào)來源的可行性與穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)并且制作一款機(jī)器人觸覺感知模塊。2、仿生觸覺感知方式的信息采集與處理方法研究。對(duì)基于仿生微結(jié)構(gòu)的機(jī)器人感知方式的信號(hào)特征進(jìn)行了詳細(xì)地分析,數(shù)據(jù)處理主要基于圖像處理和深度學(xué)習(xí)兩種方式;基于圖像處理的... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１自然界的吸附特性；（Ａ）鎖合吸附，自然狀態(tài)下蟑螂腿ｌＭｌ；?（Ｂ）干性吸附，壁虎剛??毛的微觀結(jié)構(gòu)（Ｃ）濕性吸附，樹蛙的足底的微觀結(jié)構(gòu)１？２５１；?（Ｄ）干性吸附，??ｌ２Ｗ７｜（Ｅ）濕附（Ｆ）壓附，章魚盤Ｉ２９，３（Ｇ）??

１．２．３．仿生浸潤結(jié)構(gòu)研究??１．相關(guān)定義??提到生物表面的浸潤性，則不可避免的要涉及到以下幾個(gè)概念：??（１）接觸角？液滴與固體表面接觸時(shí)，由于液體表面存在張力，其邊??緣與固體表面將呈一定的夾角，如圖１．２（ａ），我們稱這個(gè)夾角為接觸角；接觸角最??初由Ｔｈｏｍａｓ?Ｙｏｕｎｇ提出，并且建立了理想狀態(tài)下液滴在固體表面時(shí)的張力平衡??方程［４１］。但是實(shí)際上，考慮到物體表面的粗糙度和材料組分，理想的Ｙｏｕｎｇ氏方??程并不適用，因此，Ｗｅｎｚｅｌ［４２ｌ和Ｃａｓｓｉｅ［４３］分別對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，如圖１．２（ｃ），（ｄ）??分別是改進(jìn)后的Ｗｅｎｚｅｌ和Ｃａｓｓｉｅ狀態(tài)模型，這兩種模型解決了粗糙的固體表面??和疏水特性之間的關(guān)系，也為理論研宄提供了參考依據(jù)。??（２）滾動(dòng)角［４４＇４５］：使固體表面的液體由靜止轉(zhuǎn)向滾動(dòng)狀態(tài)時(shí)，固體與水平??面之間的夾角，如圖１．２（ｂ），由定義可知，滾動(dòng)角是一個(gè)臨界值。??接觸角和滾動(dòng)角兩個(gè)值，都是用來描述材料對(duì)于某種液體的浸潤特性。依據(jù)??這兩個(gè)值大小的不同，材料可以分為，超親液材料（０接近于０）、親液（０?＜?９０°）、??疏液＞?９０°）、超疏液＞?１５０。且滾動(dòng)角ａ?＜?１０°）這四種。??

第１章緒?論??構(gòu)使得水滴在荷葉表面具有大接觸角和滾動(dòng)角。研究人員通過參照荷葉的微觀??結(jié)構(gòu)，制作了各種各樣的疏水材料［５１］，圖１．３０）中第四幅圖展示的是利用柔性??碳納米管的疏水效果［５６］；??另一個(gè)我們熟悉的疏水例子就是水黽［５７，５８］，如圖１．３（Ｂ），它之所以可以在水??面自如的行走、跳躍，就是得益于其足端規(guī)則朝向排列的針刺狀微納米結(jié)構(gòu)（約??２０°），這種結(jié)構(gòu)和水面之間形成一層強(qiáng)有力的氣膜，為其跳躍時(shí)提供了強(qiáng)有力的??支撐。受水黽的啟發(fā)，研宄人員制作出了可以在水面跳躍的黽機(jī)器人｜５９｜；??除了上述兩種常見的例子，自然界中海油很多類似的結(jié)構(gòu)，比如玫瑰花瓣帶??有吸附效果的疏水結(jié)構(gòu)＾１，稻葉帶有導(dǎo)向性的疏水表面［６｜１，等等。??圖１．３自然界中的疏水性例子及其仿生設(shè)計(jì)；（Ａ）超疏水性的荷葉及仿生材料ｌ５１、５＾５＾；?（Ｂ〉??支撐跳躍的水黽腿及仿生水黽機(jī)器人ｌ５７＿Ｓ９ｌ；?（Ｃ）具有吸附效果的玫瑰花瓣Ｍｌ；?（Ｄ）??疏水導(dǎo)向性的稻葉Ｉ６１１。??１．２．４．仿生結(jié)構(gòu)色的研究??１．結(jié)構(gòu)色研究背景??縱觀結(jié)構(gòu)色的研宄歷史，最早可以追溯到１６６５年，英國著名科學(xué)家羅布特？??胡克（Ｒｏｂｅｒｔ?Ｈｏｏｋｅ

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]基于飛秒激光微納米技術(shù)的仿生功能結(jié)構(gòu)研究[D]. 李國強(qiáng).中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3412156