本文關(guān)鍵詞：用于人工假肢的分布式柔性電容觸覺傳感器的設計與制造，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本學位論文結(jié)合國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)“人體運動功能重建的生機電一體化科學基礎(chǔ)”(項目編號：2011CB013300)和國家自然科學基金項目“仿生皮膚的柔性觸覺敏感構(gòu)件與微接觸印刷制造方法研究”(項目編號：51105333),開展了用于人工假肢的分布式柔性電容觸覺傳感器設計和制造技術(shù)的研究。首先,對分布式柔性電容觸覺傳感器進行材料選取和結(jié)構(gòu)設計,并進行有限元仿真分析和優(yōu)化。然后,完成了觸覺傳感器的加工制造,并進行了靜動態(tài)性能檢測實驗,同時,開展了電刺激反饋實驗,實現(xiàn)人工假肢的觸覺反饋功能。最后,開發(fā)了觸覺傳感器多點檢測系統(tǒng),并設計制造了改進型分布式柔性電容觸覺傳感器,利用檢測系統(tǒng)完成了改進型觸覺傳感器的實驗研究。 第一章,闡述了論文研究的背景和意義,詳細介紹了當前國內(nèi)外人工假肢和柔性觸覺傳感器的研究現(xiàn)狀,確定了論文的主要研究內(nèi)容和框架。 第二章,設計了一種基于PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)和PDMS(聚二甲基硅氧烷)的分布式柔性電容觸覺傳感器,它由表面凸起層、上極板層和下極板層組成；單軸實驗獲得了不同質(zhì)量比PDMS的非線性應力-應變關(guān)系以及小變形下的楊氏模量；使用COMSOL軟件對傳感器進行機電耦合場有限元仿真,并對線條結(jié)構(gòu)介電層進行分析討論。 第三章,在PET膜上利用剝離工藝形成Cu電極圖案,旋轉(zhuǎn)涂覆一層15μm厚度的20:1PDMS,完成了上下極板層的制造；基于線切割的Al模具,進行兩次復制模鑄,得到7.5：1的PDMS表面凸起層；通過氧等離子體處理粘結(jié)表面,對準粘結(jié)三層結(jié)構(gòu),制作的分布式柔性電容觸覺傳感器色澤明亮,彎曲性能優(yōu)良。 第四章,實驗獲得了傳感器的靜態(tài)特性,在0-200mN測量范圍內(nèi)的靈敏度為0.55‰/mN,300-800mN的靈敏度為0.025‰/mN；通過循環(huán)加載和卸載實驗,測得傳感器的加載響應時間為60ms左右；搭建了包括肌電假肢、觸覺傳感器、運算放大式電路、電刺激器的觸覺信號反饋實驗系統(tǒng),實現(xiàn)了假肢的觸覺反饋功能。 第五章,設計了掃描電路式的觸覺傳感器多點檢測系統(tǒng),完成了電路原理圖的繪制,制作了電路板,并結(jié)合單片機的程序流程圖完成了程序的編寫。 第六章,設計制造了改進型分布式柔性電容觸覺傳感器,其空間分辨率達到了2mm,介電層為PDMS線條結(jié)構(gòu)；進行了改進型傳感器的靜動態(tài)性能檢測實驗,實驗結(jié)果表明,傳感器具有雙測量范圍,高靈敏度,可感知輕微力,并具有高重復性,低遲滯性,響應時間小于60ms；對不同形狀的試塊進行靜壓力實驗,得到了壓力形狀和壓力值的云圖；實驗研究了肌電假肢在握緊和捏緊物體過程中的壓力分布情況,使假肢具備了觸覺感知能力。 第七章,總結(jié)了論文的主要研究工作,并展望了未來的研究工作。
【關(guān)鍵詞】：觸覺傳感器 人工假肢 PDMS 電容傳感器 柔性電子
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R318.17;TP212
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 致謝9-13
• 1 緒論13-29
• 1.1 論文研究的背景和意義13-14
• 1.2 人工假肢的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 柔性觸覺傳感器的研究現(xiàn)狀17-27
• 1.3.1 電阻式傳感器19-23
• 1.3.2 電容式傳感器23-25
• 1.3.3 壓電式傳感器25-26
• 1.3.4 其它形式傳感器26-27
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容與框架27-28
• 1.5 本章小結(jié)28-29
• 2 分布式柔性電容觸覺傳感器的設計29-45
• 2.1 分布式柔性電容觸覺傳感器的整體設計29-33
• 2.1.1 分布式柔性電容觸覺傳感器的材料選取29
• 2.1.2 分布式柔性電容觸覺傳感器的結(jié)構(gòu)設計29-33
• 2.2 PDMS非線性力學特性研究33-39
• 2.2.1 PDMS材料特性33-34
• 2.2.2 PDMS單軸拉伸壓縮實驗34-38
• 2.2.3 實驗數(shù)據(jù)的Mooney-Rivlin模型擬合38-39
• 2.3 分布式柔性電容觸覺傳感器的有限元分析39-44
• 2.3.1 分布式柔性電容觸覺傳感器的機電耦合場分析40-42
• 2.3.2 線條結(jié)構(gòu)介電層傳感器的有限元分析42-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 3 分布式柔性電容觸覺傳感器的制造工藝研究45-58
• 3.1 傳感器上下極板層制造45-52
• 3.1.1 光刻45-48
• 3.1.2 磁控濺射電極48-50
• 3.1.3 PDMS的旋轉(zhuǎn)涂覆50-52
• 3.2 傳感器表面凸起層的制造52-54
• 3.3 傳感器的貼合裝配54-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 4 分布式柔性電容觸覺傳感器的特性研究與觸覺信號反饋實驗58-69
• 4.1 傳感器靜態(tài)特性研究58-61
• 4.2 傳感器動態(tài)特性研究61-63
• 4.3 結(jié)合人工假肢的觸覺信號反饋實驗63-68
• 4.3.1 觸覺信號反饋實驗原理與框架64-66
• 4.3.2 觸覺信號反饋實驗系統(tǒng)66-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 5 觸覺傳感器多點檢測系統(tǒng)的開發(fā)69-77
• 5.1 傳感器多點檢測系統(tǒng)原理69-70
• 5.2 傳感器檢測電路設計70-75
• 5.2.1 單片機模塊70-71
• 5.2.2 串行通信模塊71-72
• 5.2.3 AD7745電路72-74
• 5.2.4 電路原理圖設計與硬件制作74-75
• 5.3 單片機程序設計75-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 6 改進型分布式柔性電容觸覺傳感器的設計制造與實驗研究77-92
• 6.1 改進型分布式柔性電容觸覺傳感器的設計制造77-82
• 6.2 改進型分布式柔性電容觸覺傳感器的實驗研究82-91
• 6.2.1 改進型傳感器靜動態(tài)性能檢測82-86
• 6.2.2 改進型傳感器多點檢測實驗86-89
• 6.2.3 用于人工假肢的觸覺感知實驗89-91
• 6.3 本章小結(jié)91-92
• 7 總結(jié)與展望92-95
• 7.1 全文總結(jié)92-94
• 7.2 工作展望94-95
• 參考文獻95-102
• 攻讀碩士學位期間參加的科研項目及獲得的科研成果102

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：用于人工假肢的分布式柔性電容觸覺傳感器的設計與制造，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：289816